一种低成本、高性能的高Ca/Al比Mg-XAl-YCa-ZZn合金及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Mg‑XAl‑YCa‑ZZn合金及制备方法。该合金包括下述组分，Ca＝2‑4wt％，Al＝2‑4wt％，Zn＝2.9‑6wt％，余量为Mg或Mg的固溶体，且合金中Ca/Al质量比为0.8‑1.2。该合金通过直接水冷半连续铸造，获得包围着Mg基体的含网状Al2Ca和粒状MgZn相的固溶体结构的显微组织，采用挤压进一步细化晶粒，同时将Al2Ca和Ca2Mg6Zn3的网状结构充分破碎成微米和亚微米的颗粒，得到组织均匀、晶粒细小，强化作用明显的复合材料。本发明专利技术成本低廉，所得材料质轻且力学性能、阻燃性能、耐腐蚀性能和加工性能均很优异，克服了现有镁合金易腐蚀、易燃烧和难于加工等缺陷。在各个领域具有极高的工业应用价值。

The preparation method of Mg XAl YCa than ZZn alloy and its high Ca/Al a high performance and low cost

The invention discloses a Mg XAl YCa ZZn alloy and preparation method thereof. The alloy comprises the following components: Ca = 2, 4wt% = 2, Al 4wt%, Zn = 2.9 6wt%, residual solid solution of Mg or Mg, Ca/Al and the quality of alloy is 0.8 1.2. The alloy is obtained by direct water-cooling semi continuous casting, and the reticular Al surrounded by the Mg matrix is obtained

【技术实现步骤摘要】
一种低成本、高性能的高Ca/Al比Mg-XAl-YCa-ZZn合金及制备方法
本专利技术公开了一种Mg-XAl-YCa-ZZn合金及制备方法，它是一种低成本、高性能的高Ca/Al比的Mg-Ca-Al-Zn合金及制备方法；属于镁合金或镁基复合材料制备

技术介绍
镁合金具有高比强度、尺寸稳定性高、机械加工性好以及易于回收利用等特点。在汽车、航空航天、电子等行业有广阔的应用前景。然而镁合金易腐蚀、易燃烧、难于热加工成型，使得镁合金的大规模的工业化应用受到了限制，因此改善镁合金加工性能、提高抗腐蚀性能和燃烧温度一直是镁合金研究的一个重要课题。大多数现有镁合金的燃烧温度并不高，为提高镁合金的燃烧温度，通常在合金基体中添加稀土元素，如向AZ91合金中加入0.3wt％Be后燃点达到750℃，加入1wt％Ce后燃点达到724℃；向ZM5镁合金中加入1wt％La合金的燃点达到711℃，加入0.12wt％混合稀土燃点达到820℃。这无疑增加了镁合金成本以及质量。在上世纪60年代研究者就发现Mg-Al合金中加入Ca元素有利于提高合金的蠕变性能和阻燃性能。钙在镁中的固溶度小，最大值为0.82at.％，在Mg-(3～5％)Al镁合金中加入Ca开始出现Al2Ca相，当Ca/Al比超过0.8时，β-Mg17Al12消失，生成网状的Al2Ca相。但由于Al2Ca是硬脆相，Ca的添加量过多会引起铸造镁合金力学性能的严重下降，如强度和塑性都较低，严重影响其使用，如Mg-5Ca-5Al合金铸态屈服强度为105MPa，抗拉强度为110MPa，延伸率小于或等于1.5％；因此在保持高Ca/Al情况下，应该尽量控制Ca的加入量。
技术实现思路
专利技术人在原有专利(申请号为201510577402.2)的基础上，做了进一步的研究，意外发现了当适量的Zn加入后，材料的室温延伸性能得到显著的提升。同时该材料还具备了强度高、比重小、抗腐蚀性能好、燃烧温度高等特性。本专利技术一种Mg-XAl-YCa-ZZn合金，包括下述组分，按质量百分比组成：Ca＝2-4％，Al＝2-4％，Zn＝2.9-6％，余量为Mg或Mg的固溶体，且合金中Ca/Al质量比为0.8-1.2。作为优选；本专利技术一种Mg-XAl-YCa-ZZn合金，包括下述组分，按质量百分比组成：Ca＝2.2-2.6％，Al＝2.45-2.88％，Zn＝2.9-5％，余量为Mg或Mg的固溶体，且合金中Ca/Al质量比为0.8-1.2。作为进一步的优选；本专利技术一种Mg-XAl-YCa-ZZn合金，包括下述组分，按质量百分比组成：Ca＝2.3％，Al＝2.47％，Zn＝2.9-3.0％，余量为Mg或Mg的固溶体。作为进一步的优选；本专利技术另一种Mg-XAl-YCa-ZZn合金，包括下述组分，按质量百分比组成：按质量百分比组成：Ca＝2.55％，Al＝2.65％，Zn＝4.8-5％，余量为Mg或Mg的固溶体本专利技术一种Mg-XAl-YCa-ZZn合金，所述Mg的固溶体中的固溶元素为Li、Mn、RE、Zr中的至少一种。本领域人员应该知道，固溶元素的加入量，应确保加入的固溶元素在基体中无析出物。作为进一步的优选，所述Mg-XAl-YCa-ZZn合金还含有质量百分为0.57％的Mn。本专利技术一种Mg-Ca-Al-Zn合金，所述Mg-Al-Ca-Zn合金的基体及晶界中均匀分布有Al2Ca颗粒和Ca2Mg6Zn3颗粒。所述Al2Ca颗粒和Ca2Mg6Zn3颗粒均为高温弥散相Al2Ca颗粒和Ca2Mg6Zn3颗粒。本专利技术一种Mg-XAl-YCa-ZZn合金的制备方法，包括下述步骤：第一步：按设计的合金组分配比，配取Al、Ca及Mg或Mg与固溶元素的中间合金；通过直接水冷半连续铸造或急冷铸造，制得合金铸锭；第二步：将Mg-Ca-Al-Zn合金铸锭车去外表面氧化皮后，加热至345-395℃保温8-24小时，，进行均匀化处理，去除偏析；第三步：将均匀化处理后的铸锭在预热至350-380℃的挤压筒内挤压，挤压温度为400-420℃，得到棒材。本专利技术一种Mg-XAl-YCa-ZZn合金的制备方法，水冷半连续铸造或急冷铸造时的冷却速度为50-120℃/s。本专利技术一种Mg-XAl-YCa-ZZn合金的制备方法，第二步获得包围着Mg基体的含网状Al2Ca和粒状MgZn相的固溶体结构的显微组织。本专利技术一种Mg-XAl-YCa-ZZn合金的制备方法，挤压速度为0.5-2.5m/min，挤压比为15-25。本专利技术一种Mg-XAl-YCa-ZZn合金的制备方法，铸态合金基体中，Al2Ca和Ca2Mg6Zn3颗粒沿铸态合金基体中形成的Al2Ca网状结构原位分布，挤压后的Al2Ca和Ca2Mg6Zn3颗粒的粒度为0.1-2微米，合金基体晶粒大小为0.5-5微米，Al2Ca和Ca2Mg6Zn3均为高温强化相。本专利技术一种Mg-XAl-YCa-ZZn合金的制备方法，当所制备的合金按质量百分比包括Ca＝2.3％、Al＝2.47％、Zn＝2.98％、Mn＝0.57％时，挤压态合金的室温抗拉强度为350MPa、屈服强度为300MPa、延伸率为10％。当所制备的合金按质量百分比包括Ca＝2.55％、Al＝2.65％、Zn＝4.97％、Mn＝0.57％时，挤压态合金的室温抗拉强度为360MPa、屈服强度为340MPa、延伸率为9.0％。本专利技术采用Ca/Al质量比＝0.8-1.2的组分配比，采用半连续铸造或急冷铸造，提供极快冷却速度，制得具有细小等轴晶粒的合金铸锭，合金基体组织中存在网状的Al2Ca相和颗粒状Ca2Mg6Zn3相，然后利用挤压加工手段，一方面，使合金基体晶粒更加细小；另一方面，充分破碎高钙铝比合金的网状结构，将其破碎为微米和/或亚微米颗粒，使镁-钙-铝合金成为Mg(α-Mg)-Al2Ca-Ca2Mg6Zn3原位生成的复合材料，这两种相为高温弥散相，及时很好的固溶温度也不会固溶到Mg的基体中，因此大大地提高了该材料的屈服强度、高温强度、伸长率、燃烧温度、抗腐蚀性能及加工性能。与现存技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术制备的Mg-Ca-Al-Zn挤压态合金屈服强度约为300MPa，伸长率为10-15％，合金元素Zn的加入大大增加了其塑性；在175-250℃温度范围内具有较高强度；该材料有良好的抗腐蚀性能，在30℃温度下3.5％NaCl溶液的全浸试验中，腐蚀速率优于同等条件下AZ31。挤压后的棒材在轧制变形量80％时仍未开裂，变现了其良好的可加工性能。由此可见，本专利技术制备的Mg-Ca-Al-Zn合金具有良好的力学性能、较高的高温强度、很高的燃烧温度、很高的抗腐蚀性能和超塑性，克服了现有镁合金易腐蚀、易燃烧、难于热加工等缺陷。该合金专利技术在某种程度下解决了镁合金易腐蚀、易燃烧、难于热加工的难题，可有效拓展镁合金在工业上的应用价值。该合金专利技术比申请者之前申请的专利(201510018019.3)高铝高钙、高Ca/Al比的Mg-Ca-Al合金具有更高的塑性，更好的耐腐蚀性能，更良好的加工性能，更轻的比重，力学性能、高温强度、阻燃性能和超塑性与之相当，在某种程度下解决了镁合金易腐蚀、易燃烧、难于热加工的难题，更具有工业应用价值。附图说明附图1为本专利技术实施例1采用连续本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本、高性能的高Ca/Al比Mg‑XAl‑YCa‑ZZn合金，包括下述组分，按质量百分比组成：Ca＝2‑4％，Al＝2‑4％，Zn＝2.9‑6％，余量为Mg或Mg的固溶体，且合金中Ca/Al质量比为0.8‑1.2。

【技术特征摘要】
1.一种低成本、高性能的高Ca/Al比Mg-XAl-YCa-ZZn合金，包括下述组分，按质量百分比组成：Ca＝2-4％，Al＝2-4％，Zn＝2.9-6％，余量为Mg或Mg的固溶体，且合金中Ca/Al质量比为0.8-1.2。2.根据权利要求1所述的Mg-XAl-YCa-ZZn合金，其特征在于：包括下述组分，按质量百分比组成：Ca＝2.2-2.6％，Al＝2.45-2.88％，Zn＝2.9-5％，余量为Mg或Mg的固溶体，且合金中Ca/Al质量比为0.8-1.2。3.根据权利要求2所述的Mg-XAl-YCa-ZZn合金，其特征在于：包括下述组分，按质量百分比组成：Ca＝2.3％，Al＝2.47％，Zn＝2.9-3.0％，余量为Mg或Mg的固溶体。4.根据权利要求1所述的Mg-XAl-YCa-ZZn合金，其特征在于：包括下述组分，按质量百分比组成：Ca＝2.55％，Al＝2.65％，Zn＝4.8-5％，余量为Mg或Mg的固溶体。5.根据权利要求1所述的Mg-XAl-YCa-ZZn合金，其特征在于：Mg的固溶体中的固溶元素为Li、Mn、RE、Zr中的至少一种。6.根据权利要求1所述的Mg-Al-Ca-Zn合金，其特征在于：Mg-Al-Ca-Zn合金基体及晶界中均匀分布有Al2Ca颗粒和Ca2Mg6Zn3颗粒。7.制备如权利要求1-6任意一项所述Mg-Al-Ca-Zn合金的方法，其特征在于包括下述步骤：第一步：按设计的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鼎，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43