[发明专利]一种高强度Mg-Sn-Ca-Ag系镁合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含Sn,Ca,Ag元素的高强度镁合金及其制备方法，其化学成分组成的重量百分比为：4.0‑10.0wt%的锡(Sn)，0.5‑3.0wt%的钙(Ca)，0.5‑2.5wt%的银(Ag)，其余为镁(Mg)及微量杂质。合金制备工艺包括熔炼、均匀化及固溶处理、时效处理三个步骤。该合金通过Ca,Ag对Mg‑Sn合金的复合合金化，利用Ag对Mg‑Sn‑Ca合金中的CaMgSn相的细化作用和促进Mg₂Sn相析出产生的弥散强化作用，发挥了高熔点CaMgSn相和Mg₂Sn弥散析出强化的协同作用，强化效果明显，使合金在200℃的时效温度下的硬度值达到81.7HV。

技术领域

本发明属于有色金属结构材料及冶金领域，具体涉及一种高强度Mg-Sn-Ca-Ag系镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金作为最轻的结构材料之一，逐渐受到人类的关注，随着社会的快速发展，其优点已经逐步被发现，并且投入使用。镁合金最大的优点就是密度小，并且具有较高的比强度和比刚度；另外在功能上，镁合金具有较高的导热性、阻尼减震性、电磁屏蔽性；从市场开发来讲，镁在地球储量丰富，位居金属的第三位，同时具有易于加工和易回收等特点,这使得镁合金具有较高的性价比，有利于其在市场的应用。限制镁合金发展和应用的主要因素是未能很好地解决镁合金的高温力学性能、耐腐蚀性能和塑形加工性能。在研究领域，通过不断改善材料合金元素成分，加工手段和热处理工艺来提高镁合金的综合性能。近几年，已经形成较成熟的Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-Re系高强镁合金，但是Mg-Al系和Mg-Zn系合金的高温性能并不理想，当温度升高到150℃时，其强度迅速下降，Mg-Re系合金的成本比较高，很难实现产业化。

Mg-Sn合金逐渐受到关注，主要原因是其中的Mg₂Sn强化相熔点达到770.5℃；另外，Sn在Mg中的固溶度较好，析出强化效果比较好，561℃时溶解度14.48%，200℃降低到0.45%，固溶时效强化效果良好。但是仍存在两个需要继续改善的方面：第一，析出相组织粗大，组织不均匀，导致合金的强塑性较差；第二，铸态Mg-Sn合金析出相主要呈网状分布在晶界和枝晶壁，共晶态的工作温度相对较低，并且缺少晶内强化效果，所以还有进一步提高的空间。目前许多研究通过添加合金元素Zn、Ag、Na、Zr、Mn等微量合金元素来促进时效，提高合金综合性能。授权专利CN 102358929公布了Ag对Mg-Sn合金组具有明显的促进时效的作用。在Mg-Sn二元合金基础上，Mg-Sn-Ca三元合金体系最近研究逐渐发展起来，但析出的板条状CaMgSn稳定尺寸比较粗大，使其开发应用受到限制。专利CN 101985713，CN101440438，CN 101440441分别公开了通过加Ce、Y、Sr等元素起到明显细化CaMgSn相的作用，改善了Mg-Sn-Ca系镁合金的性能。为提高Mg-Sn系合金的性能，本发明提出了利用Ag能细化CaMgSn相和有效促进Mg₂Sn相的双重强化作用的Mg-Sn-Ca-Ag系高强度镁合金及其制备方法，使合金的强度显著提高。

发明内容

本发明利用Ag对Mg-Sn-Ca合金中的CaMgSn相的细化作用和促进Mg₂Sn析出产生的强化作用，提出了一种Mg-Sn-Ca-Ag系高强度镁合金及其制备方法。通过Ag细化CaMgSn相的作用，使合金具有更高的强度，克服了Mg-Sn-Ca合金中CaMgSn相粗大而导致的塑性差的问题。采用固溶+时效热处理工艺，充分发挥了Ag对Mg₂Sn析出强化的促进作用，形成弥散的Mg₂Sn析出相，使合金的强度得到进一步提高，最高硬度达到81.7HV。

本发明提出的Mg-Sn-Ca-Ag系高强度镁合金的成分及质量百分比为：

锡（Sn）：4.0-10.0%；钙（Ca）：0.5-3%；银（Ag）：0.5-2.5%；其余为镁（Mg），要求Ca/Sn含量比不超过30%。

本发明提供的上述Mg-Sn-Ca-Ag系高强度镁合金的制备方法主要包括如下步骤：