一种高强高韧镁基合金及其制备方法
【专利摘要】一种高强高韧镁基合金，其特征在于，按重量百分比含有如下组分：Zn 4.5-5.5％，Sn0.7-0.8％，Gd 0.28-0.30％，Ti 1-1.5％，Al 0.5-1％，Ca 0.7-0.8％，Sr 0.9-1.1％、La 0.3-0.4％，Sm 0.4-0.45％，Nd 0.45-0.55％，Y 0.4-0.45％，Zr 0.4-0.5％，Mn 1-1.1％，Cu 0.3-0.4％，Ce 0.3-0.35％，Nb 1-1.2％，氮化硼纳米管颗粒4-6％石墨烯5-6％，碳化钨晶须3-4％，剩余组分为Mg。这种合金的强度、韧性、耐热性能以及拉伸性能较现有技术均有较大幅度提高。
【专利说明】一种高强高韧镁基合金及其制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及合金材料领域，尤其是一种高强高靭镁基合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 由于镁合金材料的独特性能，特别是它的高回收率，既有效利用了资源，又减少了 环境污染，国际上各大公司纷纷着手镁合金的研究。虽然镁基合金具有低密度、散热好、比 刚度高、比弹性量大，易回收利用等特点，在机械、电子航天航空灯领域被广泛应用，但是镁 合金拉伸倾点和屈服强度低，抗蠕变性能差，仍是限制其应用的因素。
[0003] 中国专利CN102719716A涉及一种耐热镁基合金，该合金中加入量La和Ce,提高了 镁基合金的耐热性能，但是该合金仍难满足更高场合对镁基合金的要求。
[0004] 中国专利CN 103849798A涉及一种高强度镁基合金及其制备方法，该合金中加入 了钙、铯等元素，并且改进了熔炼方法，提高了合金的各种性能，该合金的应用场合仍受到 较大局限。
[0005] 中国专利CN102230118A涉及一种含Sn细晶镁锌锡合金，该合金中加入了锡，提高 了镁基合金的强度和塑性，后续加工性能好，但是该合金的强度和拉伸性能较差。
[0006] 因此急需提高镁基合金的各项性能，从而拓宽其应用领域，尤其是对镁基合金要 求较高的领域。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是提高镁基合金的各项性能，包括强度、耐热性能、籾性 以及拉伸性能，以使其能适应更多的应用领域。 '
[0008] 为了解决该技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0009] -种高强高軔镁基合金，其特征在于，按重量百分比含有如下组分：Zn 4. 5-5. 5 %, SnO. 7-0. 8 % , Gd 0. 28-0. 30 %, Ti 1-1.5%, A1 0. 5-l%,Ca 0. 7-〇. 8 % , Sr 0. 9-1. 1 La 0. 3-0. 4 %, Sm 0. 4-0. 45 %, Nd 0. 45-0. 55 %, Y 0. 4-〇. 45 %, Zr 0.4-0. 5%，Mn 卜 1.1%，Cu 0.3-0· 4%，Ce 0.3-0.35%，Nb 卜 1· 2%，氮化硼纳米管颗粒 4-6%石墨烯5-6%，碳化钨晶须3-4%，剩余组分为Mg。
[0010]为了获得更好的性能，本发明在上述合金的基础上进一步优化，高强高韧铲基八 金优选的组成为： 尺〇
[0011]按重量百分比含有如下组分：Zn 5%，Sn 〇.76%，Gd 〇.29%，Ti 0. 8%,Ca 0.75%, Sr 1.0%, La 0.35%, Sm 0. 42%,Nd 0. 5%, Y 0. 43%,Zr 0. 45%,Mn 1.06%，CU 0.35%，Ce 〇.33%，Nb 1.15%，氮化硼纳米管颗粒5%石墨烯5.5%，碳仆°链晶 须3. 5%，剩余组分为Mg。
[0012]本发明所述的高强高靭镁基合金通过以下步骤制备： _3] 一⑴按照限定的重量百分比进行配料：准备对应含量的纯Mg键、纯Zn键，以及其 他合金元素、氮化硼纳米管颗粒、石墨烯颗粒、碳化钨晶须； ， 、
[0014] (2)在惰性气体（如氮气、氩气或氦气）的保护下将纯Mg徒、Zn锭熔化，按产品组 成加入其它合金元素，待充分熔化后，再加入碳化钨晶须、氮化硼纳米管颗粒以及石墨烯， 进一步熔炼,熔炼的同时进行搅拌，熔炼完成后充分静置；
[0015] (3)继续升高温度至750°c以上，进行精炼；
[0016] (4)将合金液注入经预热的模具中，自然冷却获得高强高韧镁基合金。
[0017] 本发明的制备方法还可以包括现有技术中常见的热处理。
[0018] 本发明具有以下优点：
[0019] 加入氮化硼纳米管颗粒、石墨烯和碳化钨晶须，上述三种物质共同作用提高了镁 基合金的各种力学性能。
[0020] 六种稀土元素 Gd、La、Sm、Nd、Y、Ce按照特定比例的加入，改变了合金的微观组织 结构，提高了镁基合金的耐热性能，并且提高了其铸造性能。
[0021] Mn、Cu、Nb等元素的加入，优化了合金的组成，提高了其力学性能。
[0022] 优化了各种成分的比例，进一步提高了镁基合金的各种性能。优选，所述继续升高 温度至 800、900、1000、1100、120(TC。
【具体实施方式】 [0023] 实施例1 :
[0024] 制备成分如下所示的高强高軔镁基合金。按重量百分比含有如下组分：Zn 4. 5%， Sn 0.7%, Gd 0.28%, Ti 1%, A1 0.5%, Ca 0.7%, Sr 0.9%, La 0.3%, Sm 0.4%, Nd 0·45%,Υ 0·4%，Ζι· 0.4%，Mn l%，Cu 0_3%，Ce 0.3%，Nb 1%，氮化硼纳米管颗粒 4% 石墨烯5%，碳化钨晶须3%，剩余组分为Mg。该合金通过以下步骤制备获得：
[0025] (1)按照上述的重量百分比进行配料：准备对应含量的纯Mg锭、纯Zn锭，以及其 他合金元素、氮化硼纳米管颗粒、石墨烯颗粒、碳化钨晶须；
[0026] (2)将纯Mg锭、Zn锭置于坩埚中，在氮气的保护下熔化后，按产品组成比例加入其 它合金元素，待充分熔化后，再加入碳化钨晶须、氮化硼纳米管颗粒以及石墨烯，进一步熔 炼，熔炼的同时进行搅拌，熔炼完成后充分静置；
[0027] (3)继续升高温度至730?以上，进行精炼；
[0028] (4)将合金液注入经预热的模具中，自然冷却获得高强高韧镁基合金。
[0029]对该合金的性能进行测试，室温下抗拉强度为518MPa，屈服强度为410Mpa，断裂 韧性为 11. 5MPam1/2。
[0030] 实施例2 :
[0031]制备另外一种构成比例的高强高靭镁基合金。按重量百分比含有如下组分： Zn 5. 5%，Sn 0· 8%，Gd 0. 30%，Ti 1. 5%，A1 1%，Ca 0. 8%，Sr 1. 1%、La 0. 4%，Sm 0· 45%, Nd 0· 55%，Y〇_ 45%，Zr 0_ 5%，Mn 1. 1%，Cu 0. 4%，Ce 0. 35%，Nb 1. 2%，氮化 硼纳米管颗粒6%石墨烯6%，碳化钨晶须4%，剩余组分为Mg。
[0032] 上述镁基合金的制备方法如下：
[0033] 一（1)按照上述的重量百分比进行配料：准备对应含量的纯Mg淀、纯Zn淀，以及其 他合金元素、氮化硼纳米管颗粒、石墨烯颗粒、碳化钨晶须；
[0034] (2)将纯Mg锭、Zn锭置于坩埚中，在氮气的保护下熔化后，按产品组成比例加入其 匕合金元素，待充分熔化后，再加入碳化钨晶须、氮化硼纳米管颗粒以及石墨烯，进一步熔 炼，熔炼的同时进行搅拌，熔炼完成后充分静置；
[0035] (3)继续升高温度至75(rc以上，进行精炼；
[0036] (4)将合金液注入经预热的模具中，自然冷却获得高强高韧镁基合金。
[0037]对该合金的性能进行测试，室温下抗拉强度为529MPa，屈服强度为428Mpa,断裂 钿性为 12. 5MPam1/2。
[0038] 实施例3 :
[0039]对本发明所述增强镁基合金的各组分的比例进行调试，选择综合性能最佳的合 金组分。具体地，本发明优选的效果最佳的增强镁基合金，按重量百分比含有如下组分： Zn 5%, SnO. 76%, Gd 0. 29% , Ti 1. 4%, A1 0. 8% , Ca 0. 75%, Sr 1. 0%, La 0. 35%, Sm 0. 42%, Nd 0. 5%, Y 0. 43%, Zr 0. 45%, Mn 1. 06%, Cu 0. 35%, Ce 0. 33%, Nb 1. 15%, 氮化硼纳米管颗粒5%石墨稀5. 5%，碳化鸭晶须3. 5%,剩余组分为Mg。
[0040]该镁基合金的制备方法如下：
[0041] - (1)按照上述的重量百分比进行配料：准备对应含量的纯Mg锭、纯Zn锭，以及其 他合金元素、氮化硼纳米管颗粒、石墨烯颗粒、碳化钨晶须； J〇〇42] -(2)将纯Mg锭、Zn锭置于坩埚中，在氮气的保护下熔化后，按产品组成比例加入其 它合金元素，待充分熔化后，再加入碳化钨晶须、氮化硼纳米管颗粒以及石墨烯，进一步熔 炼，熔炼的同时进行搅拌，熔炼完成后充分静置；
[0043] (3)继续升高温度至740°C以上，进行精炼；
[0044] (4)将合金液注入经预热的模具中，自然冷却获得高强高韧镁基合金。
[0045]对该合金的性能进行测试，室温下抗拉强度为557MPa，屈服强度为449Mpa，断裂 初性为 13. 7MPam1/2。
[0046] 实施例1-3的效果对比如下表所示：
[0047] 表丨：实施例丨-3合金的力学性能
[0048]
【权利要求】
1. 一种高强高韧镁基合金，其特征在于，按重量百分比含有如下组分：Zn 4. 5-5. 5%， Sn 0. 7-0. 8%, Gd 0. 28-0. 30%, Ti 1-1. 5%, A1 0. 5-1%, Ca 0. 7-0. 8%, Sr 0. 9-1. 1%, La 0. 3-0. 4 %, Sm 0. 4-0. 45 %, Nd 0. 45-0. 55 %, Y 0. 4-0. 45 %, Zr 0. 4-0. 5 %, Mn 1-1. l%，Cu 0.3-0. 4%，Ce 0.3-0. 35%，Nb 1-1. 2%，氮化硼纳米管颗粒 4-6%石墨烯 5-6%，碳化钨晶须3-4%，剩余组分为Mg。
2. 如权利要求1所述的镁基合金，其特征在于，按重量百分比含有如下组分：Zn 5%， Sn 0.76%，Gd 0.29%，Ti 1·4%，Α1 0.8%，Ca 0.75%，Sr 1.0%、La 0.35%，Sm 0.42%， Nd 0· 5%，Y 0· 43%，Zr 0· 45%，Μη 1. 06%，Cu 0· 35%，Ce 0· 33%，Nb 1. 15%，氮化硼纳 米管颗粒5%石墨烯5. 5%，碳化钨晶须3. 5%，剩余组分为Mg。
3. 制备权利要求1所述的高强高韧镁基合金的方法，包括如下步骤： (1) 按照权利要求1所述的重量百分比进行配料：准备对应含量的纯Mg锭、纯Zn锭， 以及其他合金元素、氮化硼纳米管颗粒、石墨烯颗粒、碳化钨晶须； (2) 将纯Mg锭、Zn锭置于坩埚中，在惰性气体的保护下熔化后，按产品组成比例加入其 它合金元素，待充分熔化后，再加入碳化钨晶须、氮化硼纳米管颗粒以及石墨烯，进一步熔 炼，熔炼的同时进行搅拌，熔炼完成后充分静置。 (3) 继续升高温度至750°C以上，进行精炼； (4) 将合金液注入经预热的模具中，自然冷却获得高强高韧镁基合金。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（2)所述的惰性气体选自氮气、氩气或 氦气。
5. 如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述继续升高温度至800°C。
6. 如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述继续升高温度至900°C。
7. 如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述继续升高温度至KKKTC。
8. 如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述继续升高温度至1KKTC。
9. 如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述继续升高温度至1200°C。
【文档编号】C22C1/06GK104233033SQ201410428141
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】郭健, 郭小芳, 郭乃林 申请人:盐城市鑫洋电热材料有限公司