[发明专利]一种Mg‑Al‑Zn‑Si‑Bi合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及合金领域，特别涉及一种Mg-Al-Zn-Si-Bi合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是工程应用中密度最低的金属结构材料，并具有高比强、高比模、高阻尼以及优异的铸造、切削加工性能和易回收等优点，广泛应用于汽车、电子、航空航天等领域，其中AZ91D镁合金是目前开发最成功、应用最广泛的铸造Mg-Al系合金，占镁合金总量的90％以上。但是AZ91D镁合金凝固温度范围大，晶粒比较粗大，易产生缩松，而且晶界上分布的Mg17Al12相熔点低，高温下易软化，降低力学性能，导致AZ91D镁合金的使用温度不能超过120℃，为了提高铸造镁合金的力学性能，尤其是高温力学性能，最常用的方法是细化晶粒，目前常用的晶粒细化方法主要有变质法、合金化、外场处理、电磁搅拌等。

在中国稀土学报，2008,26(1)肖代红，黄伯云.铒对AZ91镁合金铸态组织与力学性能的影响中，肖代红等人制备的AZ91镁合金铸态抗拉强度为162MPa，屈服强度为92MPa，延伸率为4％，经过Er变质后，AZ91镁合金的铸态抗拉强度最高达到211MPa，屈服强度达到135MPa，延伸率达到2.2％。

特种铸造及有色合金，2009，29(1)赵源华，陈云贵等.Nd和Ce对AZ91镁合金组织与力学性能的影响.赵源华等人制备的AZ91镁合金铸态抗拉强度为185MPa，延伸率为3.5％，采用Nd和Ce变质后，其抗拉强度最高达到240MPa，延伸率达到11％。采用晶粒细化的方法虽然可以提高铸造镁合金的力学性能，但是由于细化效果有限，因此力学性能提高的幅度不大，距离理想的力学性能还有一定的差距。

因此，一种能够进一步提高铸造镁合金的力学性能的Mg-Al-Zn-Si-Bi合金及其制备方法成为解决问题的关键。

发明内容

作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现：通过添加适量的硅元素(以铝-硅合金的形式加入)，在镁合金熔体内原位生成熔点高、耐磨、高温稳定性好的Mg₂Si，通过添加不同含量的铋元素和强制冷却方式改变Mg₂Si的形态、尺寸和分布，制备出具有高强度高塑性的铸造镁合金。

本发明的一个目的提供一种Mg-Al-Zn-Si-Bi合金，其具有高强度、高塑性，具有较高的铸态力学性能。

本发明还有一个目的在于提供一种Mg-Al-Zn-Si-Bi合金的制备方法，其工艺简单，操作方便，容易实现，所制备的合金具有较高的铸态力学性能。

为实现上述目的，本发明提供一种Mg-Al-Zn-Si-Bi合金，该合金由如下重量百分比组成：

7～10％的铝；

0.8～1.1％的锌；以及

1.8～2.2％的硅；

0.2～1.4％的铋；

余量为镁，以及不可避免的杂质。

优选的是，该合金由如下重量百分比组成：

8～9％的铝；

0.9～1.0％的锌；以及

1.9～2.1％的硅；

0.5～1.2％的铋；

余量为镁，以及不可避免的杂质。

优选的是，该合金由如下重量百分比组成：

8.5％的铝；

0.95％的锌；以及

2.0％的硅；

0.85％的铋；

余量为镁，以及不可避免的杂质。

一种用于制备上述方案任一项所述的Mg-Al-Zn-Si-Bi合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、按照重量百分比7～10％的铝、0.8～1.1％的锌、1.8～2.2％的硅、0.2～1.4％的铋、余量为镁，以及不可避免的杂质。称取镁块、铝块、铝-硅合金、锌粒和金属铋；

b、将所述镁块、铝块、铝-硅合金、锌粒和金属铋置于箱式炉中，在150～200℃，预热5～10min；

c、将预热后的镁块放入温度为280～320℃的不锈钢坩埚中，再向坩埚内充入保护气体，升温至700～720℃，使镁块熔化形成镁液；

d、将预热后的铝块和铝-硅合金加入到步骤c中所得的镁液中，并在700～720℃，保温5～10min，获得熔体；

e、将锌粒及金属铋加入到熔体中，搅拌10～15min，再在740～760℃下，保温15～20min；

f、经过步骤e保温结束后，取出充有保护气体的坩埚，对坩埚进行强制水冷，水温18～22℃，冷却45～90s，即得所述合金。