[发明专利]具有细化基体相和共晶相Mg-Al-Zn系镁合金及其制备方法和应用

说明书

本发明属于金属材料领域，公开了具有细化基体相和共晶相Mg‑Al‑Zn系镁合金及其制备方法和应用，其中制备方法包括：在惰性气体或二号熔剂保护下，依次加入纯镁、纯铝和纯锌加热熔化，再降温进行精炼和清渣处理；将镁‑锰、镁‑稀土中间合金依次加入到熔体中，待熔化后再经精炼、吹气、清渣并静置保温，然后通过不同冷却方式铸造成铸件，获得基体相和共晶相同时细化的Mg‑Al‑Zn系镁合金。本发明制备的合金基体相α‑Mg和共晶相Mg₁₇Al₁₂同时细化，共晶相显著细化并从连续网状转变为不连续棒状、近球状，解决了Mg‑Al‑Zn系镁合金基体相和共晶相难以同时细化的难题，提高了综合力学性能和耐腐蚀性，适用于重力铸造、低压铸造、压铸、铸轧等工业生产，制备工艺简单、可靠，易于推广。

技术领域

本发明涉及金属材料领域，特别是涉及具有细化基体相和共晶相Mg-Al-Zn系镁合金及其制备方法和应用。

背景技术

镁合金具有密度低、比强度高、阻尼性能好、电磁屏蔽性能好、机加工性能好及可回收利用率高等特点，作为新型绿色环保结构材料，在实现产品轻量化技术领域具有广阔的应用前景。

Mg-Al-Zn镁合金具有铸造成型性好、适用范围广、成本低廉等一系列优势，目前已经成为应用最为广泛的商用镁合金体系。然而，由于镁合金结晶温度范围宽、热导率较低以及体收缩较大，晶粒粗化倾向十分严重，且在凝固过程中容易形成缩松、热裂等铸造缺陷。一般认为，晶粒细化能够使镁合金组织均匀，有效防止裂纹、缩孔等缺陷发生。因此，实现Mg-Al-Zn系镁合金基体相和共晶相细化，对于改善合金铸态组织、提高力学性能具有重大意义。相关技术对于镁合金的细化共晶相进行了研究和报道，但是同时能实现镁合金基体相和共晶相的细化却是镁合金领域的重大难题。

因此，在工业生产领域，在尽可能不改变生产工艺并且控制成本的前提下，开发出一种工艺简单、可靠，且成本较低的同时细化Mg-Al-Zn系镁合金基体相和共晶相方法，对于改善Mg-Al-Zn系合金组织、提高综合力学性能和耐腐蚀性能、扩大合金工业应用范围等具有极其重要的意义，是目前亟待解决的技术难题。

发明内容

为了解决上述技术难题，本发明提供了具有细化基体相和共晶相Mg-Al-Zn系镁合金，按质量百分比计，所述的Mg-Al-Zn系镁合金的成分组成包括：铝：2-12％，锌：0.3-1.2％，其余为镁、添加元素和不可避免的杂质；所述的添加元素为锰和稀土元素，加入量按质量百分比计为：锰：0.05-0.6％，稀土元素：0.05％；所述的稀土元素为钇、铈、钕、镨、镧中的一种或者任意组合；不可避免的杂质总和≤0.05％；余量为镁。

本发明提供了具有细化基体相和共晶相Mg-Al-Zn系镁合金，按质量百分比计，所述的Mg-Al-Zn系镁合金的成分组成包括：铝：2-12％，锌：0.3-1.2％，其余为镁、添加元素和不可避免的杂质；所述的添加元素为锰和稀土元素，加入量按质量百分比计为：锰：0.05-0.6％，稀土元素：0.05％；所述的稀土元素为钇、铈、钕、镨、镧中的一种或者任意组合；不可避免的杂质总和≤0.05％；余量为镁。

本发明还提供了一种具有细化基体相和共晶相Mg-Al-Zn系镁合金的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：

(1)在惰性气体或者商业化二号熔剂保护下，依次加入纯镁、纯铝和纯锌，在700-750℃加热熔化，然后降温至670-720℃，机械搅拌5-30分钟，精炼、除气和清渣后，获得Mg-Al-Zn合金液；

(2)在步骤(1)获得的Mg-Al-Zn合金液中，依次加入镁-锰中间合金、镁-稀土中间合金，待完全熔化后机械搅拌3-15分钟，然后吹入氩气搅拌1-20分钟，在670-720℃保温静置5-80分钟，获得Mg-Al-Zn-Mn-稀土合金液；

(3)将步骤(2)获得的Mg-Al-Zn-Mn-稀土合金液，通过冷却铸造成具有细化基体相和共晶相结构的Mg-Al-Zn系镁合金。