[发明专利]一种塑性变形镁合金及其制备方法

说明书

本发明为一种塑性变形镁合金及其制备方法，该合金为Mg‑Al‑Bi‑Sn‑Ca‑Y合金，其组分的质量百分比为：Al 3~6.0wt%；Bi 1~3.0wt%；Sn 0.5~2.0wt%；Ca 0.02‑0.05%；Y 0.02‑0.05%，且Ca元素和Y元素含量之和大于0.05%小于0.1%，其余为Mg。本发明采用较低的挤压温度和速度，形成大量的Mg₃Bi₂相、Mg₂Sn相和Mg₁₇Al₁₂，同时通过微量Ca元素和Y元素合金化，抑制第二相的过分长大，此外，Bi元素、Sn元素、微量Ca元素和Y元素同时固溶进基体，改善变形态合金的织构特征，进而开发出高室温塑性的变形镁合金，其室温延伸率可以达到32%以上。

技术领域

本发明涉及金属材料和金属材料加工领域，特别涉及一种塑性变形镁合金及其制备方法；该新型镁合金可作为潜在的耐热镁合金及生物医用镁合金材料。

背景技术

众所周知，镁密度约为1.74g/cm³，是铝的2/3，钢铁的1/4，在诸多金属中，镁合金是迄今为止可用的最轻金属结构材料，具有比强度比刚度高，减震性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，可绿色回收等优点，在汽车、电子、电器、交通、航空航天等领域具有广阔的应用前景，是继钢铁和铝合金之后发展起来的轻量化金属结构材料，同时也可被开发成生物医用材料和空气电池等功能材料的前景，被誉为21世纪绿色工程材料。

但是，镁因其密排六方的晶体结构在＜200℃条件下不如面心立方或体心立方机构滑移系充分而塑性欠佳，故一般须在较高温度下加工变形。然而提高加工温度不但容易粗化晶粒降低材料整体力学性能，而且也进一步增加了加工成本。因此，开发出室温或较低温度下具有优异塑性能力的镁合金材料可极大促进镁及其合金在汽车、轨道交通、航空等领域的广泛应用，对拓展镁合金的应用领域具有重要现实意义。

近年来，已有大量研究工作通过各种方法来制备高室温塑性镁合金，国内外逐渐有一些高室温塑性镁合金被陆续报道。申请公布号：CN101381831A的专利公开了一种高塑性镁合金，该合金中镁、锌、锆的比例分别为80-83%、12-15%、2-8%，以及占质量比为23-27%的锂、占总质量比7-9%的锰、占总质量比4-6%的钇。通过熔炼、热处理和挤压，制得合金室温延伸率42-49%。但该合金含有大量的锂，熔炼过程需先抽真空或通氩气保护，同时严格控制含氧量；另一方面该合金中有大量的稀土元素钇和锂，造成合金成本昂贵。申请公布号CN102925771A的专利公开了一种高室温塑性镁合金材料及其制备方法：按质量百分比Li：1.0-5.0%，Al：2.5-3.5%,Zn：0.7-1.3%, Mn：0.2-0.5%, 杂质≤0.3%，镁为余量。通过将配方的纯锂和AZ31镁合金再抽真空并通入惰性气体的条件下熔炼制得，所得合金室温下延伸率在14-31%之间。同样该合金熔炼工艺复杂，且整体室温延伸率仍然偏低。申请公布号：CN102061414A的专利公开了一种高塑性镁合金及其制备方法，其成分为：Al：0.5-2%，Mn：2%，Ca：0.02-0.1%，余量为镁，其室温延伸率可达25%。该发明合金成本虽较低，但延伸率仍偏低。

这些已有相关高室温塑性的发明所具有的室温塑性仍然偏低，为更好地满足各行业对高强镁合金低成本、易加工、高性能的要求，迫切需要开发出能够运用简单的生产加工过程制备出具有优异室温塑性的镁合金材料，这也将极大地拓展我国拥有丰富的镁储量资源优势，具有重大的国民经济和社会意义。

发明内容

本发明主要针对现有高室温塑性镁合金存在大量使用多种稀土元素或高价合金元素或采用特殊加工大塑性变形手段导致成本过高、工艺复杂等问题，提供一种低成本微稀土型高室温塑性镁合金及其制备方法。该合金为一种新型的Mg-Al-Bi-Sn-Ca-Y合金，通过简单的加工手段，就可以得到高室温塑性的变形镁合金，其室温延伸率达到32%以上，同时原材料及加工成本低廉，易实现大批量生产。