[发明专利]一种含Cu的高强Mg-Zn-Al系变形镁合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含Cu的高强Mg‑Zn‑Al系变形镁合金及其制备方法，属于镁合金技术领域，该镁合金按质量百分比计，由以下组分组成：Zn：5.5‑6.5％，Al：2.5‑3.5％，Cu：0.1‑2.1％，不可避免杂质≤0.15％，余量为镁。通过向镁合金中添加0.1‑2.1％的Cu元素，使得连续网状分布的低熔点β‑Mg₁₇Al₁₂相逐渐转变为细小弥散分布的高熔点MgAlCu三元相，弱化了β‑Mg₁₇Al₁₂相的形成，不仅提高了合金的力学性能，还让合金可以在更高的温度下服役，其中，MgAlCu三元相能有效阻碍动态再结晶过程中晶粒的长大，最终挤压态的晶粒尺寸约为2μm。该镁合金的制备方法易于实施，耗时短，对设备的要求不高，且生产成本低，其中在对镁合金均匀化时先用石墨粉覆盖，然后再用铝箔进行包裹，可以很好地避免合金过热或过烧。

技术领域

本发明属于镁合金技术领域，涉及一种含Cu的高强Mg-Zn-Al系变形镁合金及其制备方法。

背景技术

考虑到镁合金具有优异的综合性能，并且随着能源危机和环境问题的日益严重，对于镁合金作为轻质结构材料的开发，已变得刻不容缓。按照镁合金是否含锆，可将镁合金分为含锆镁合金和不含锆镁合金。含锆镁合金通常晶粒细小，具有良好的力学性能。但锆元素价格较贵，提高了生产成本，不利于含锆镁合金的大批量生产。另外，为了提高镁合金的强韧性，通常采用变形加工工艺，如挤压、轧制、锻造等来优化镁合金的强度，或者通过添加一些稀土元素，如Gd、Er、Nd、Y、Ce等来提高镁合金的强度和塑性，但这种方法生产成本高昂，限制了含稀土镁合金的大范围使用。因此，急需一种经济适用的高强度Mg-Zn-Al系变形镁合金的制备方法及由该方法制备出的具有更加优异综合力学性能的Mg-Zn-Al系变形镁合金。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于：(1)提供一种含Cu的高强Mg-Zn-Al系变形镁合金；(2)提供一种含Cu的高强Mg-Zn-Al系变形镁合金的制备方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种含Cu的高强Mg-Zn-Al系变形镁合金，按质量百分比计，所述镁合金由以下组分组成：Zn：5.5-6.5％，Al：2.5-3.5％，Cu：0.1-2.1％，不可避免杂质≤0.15％，余量为镁。

优选的，按质量百分比计，所述镁合金由以下组分组成：Zn：6.0-6.5％，Al：3.0-3.5％，Cu：0.3-1.2％，不可避免杂质≤0.15％，余量为镁。

优选的，按质量百分比计，所述镁合金由以下组分组成：Zn：6.05％，Al：3.02％，Cu：0.91％，不可避免杂质≤0.15％，余量为镁。

2、所述的一种含Cu的高强Mg-Zn-Al系变形镁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)熔炼：以纯镁锭，纯锌锭，纯铝锭和纯铜粉为原料，按所述镁合金组分的质量百分比进行计算配料，将预热到150±5℃的纯镁锭加入电阻炉中，加热升温到750±5℃至所述纯镁锭熔化，将所述镁熔体温度控制在720±5℃后依次将纯锌锭和纯铝锭加入至所述纯锌锭和纯铝锭充分熔化，静置后打渣搅拌，然后降温至680±5℃，将纯铜粉加入所述镁熔体中至所述纯铜粉充分熔化，再次静置后打渣搅拌，升温至720±5℃，加入精炼剂进行精炼，将所述镁熔体温度控制在720±5℃，保温静置30min后降温至700±5℃，最后采用金属模铸造，制得镁合金铸锭；整个熔炼过程在CO₂和SF₆的混合气体保护下进行；

(2)机加工：去除步骤(1)中镁合金铸锭表面的氧化皮；

(3)均匀化处理：将经步骤(2)处理后的镁合金铸锭进行双级均匀化处理；

(4)热挤压：将经步骤(3)处理后的镁合金铸锭进行热挤压，制得含Cu的高强Mg-Zn-Al系变形镁合金。