一种镁-锌-钪合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种镁－锌－钪合金及其制备方法，特别是涉及一种镁－锌－稀土系中高含量锌、低含量钪的镁基合金及其制备方法。本发明专利技术的镁基合金中含有１０．５ｗｔ％－１１．５ｗｔ％的Ｚｎ，０．９５ｗｔ％－１．０５ｗｔ％的Ｓｃ，杂质元素Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ和Ｓｉ的总量小于０．０５ｗｔ％，其余为Ｍｇ。合金的高温性能好、利于Ｓｃ的回收、反复和高效利用。在２８０℃的高温下，本发明专利技术系列合金抗拉强度都超过１００ＭＰａ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及镁-锌-稀土系合金及其制备方法。特别是涉及一种镁-锌-稀土系中高含 量锌、低含量钪的镁基合金及其制备方法。
技术介绍
在轻合金中，特别是铝基、镁基轻合金中添加钪(Sc)，可获得高抗腐蚀、高强度、 高可焊性、宽工作温区和综合性能良好的轻合金， 一直被广泛应用于空天等高
这得益于Sc是17种稀土元素(RE)中原子半径与Al、Mg最为接近，并且室温下具有在 Mg或Al固溶度大等优势；但是，由于Sc是17中稀土元素中最为稀少、市场价格最贵 的稀土元素，金属Sc在合金中使用量还十分有限。在铝基或镁基合金中如何尽可能添加最少量的Sc达到最佳效果， 一直为本领域研 究或生产中的重要科学问题。上世纪，Sc在铝基合金添加量通常控制在0.15-0.25wt%，并且发展了新型铝基合金体系。进入本世纪，Sc在铝合金添加量向高浓度发展，甚至达 到2.15wt。/。；由于镁合金表面处理技术的进展、诸如微弧氧化或电刷镀等技术，Sc向镁 基合金中添加也倍受关注，同时受到关注的还有Mg-Sc合金作为功能材料。有关Sc等稀土在轻合金中最小添加量与作用机理，1940美国专利商标局公开德国 专利技术家Saueirold申请的题为"镁基合金"的2， 219， 056号专利。该专利内容与该专利技术人1938年11月在德国申请305,172弓(系列号)专利内容大体相同。其专利技术主要内容 揭示①若用稀土Y细化金属镁晶粒，稀土Y的最小添加量为O.lwt%，就能够获得明显 细化效果；②若通过晶粒细化作用、来提升镁合金力学性能，则Y的最小添加量控制在 大约0.3wt%;③若试图用稀土 Y作为强化元素、通过析出强化来提升镁合金力学性能， 则Y的添加量控制在2.5机%以上，直至10机%。该专利技术为目前能够从专利检索渠道、检 索到最早的Mg-RE 二元合金系的"溯源"专利技术和Mg-Zn-RE系"前驱体"专利技术。由于稀 土 (Sc、 Y、 U……共计17种)元素的化学性质类似性，该专利技术对本专利技术在内的所有后 人的专利技术，在铝基或镁基合金中添加稀土元素、包括添加Sc，的原理和数量等方面提供 了参考。显然，这种参考不能构成对本专利技术的镁-锌-钪三元合金新颖性的限制。1997年，美国专利商标局公开/美国铝业公司提交的题为"包含弥散质点的铝镁合金生产"的5624632号专利技术专利。倍受各国空天领域关注，专用于空天先进设备。神 秘的"SCC" (stress corrosion cracking)合金在该专利进一步获得公开；业内人士 一直关注的"SCC"合金为高抗应力腐蚀开裂、使用寿命为20-40年空天领域专用的合 金。该专利技术揭示对于Al-Mg-Sc基合金组成采用Al-6. 5wt锡g-0.23 wt%Sc_0.09 wt%Zr3的合金，其密度为0. 0943Ib/cu in (2. 61 g/cm3)、抗拉强度为64. 6 ksi. (445.4MPa)、 伸长率12%，按照ASTM G-47标准做180天暴露的抗应力腐蚀开裂实验的结果为0/3， 其它各种性能的测试也非常优异。该专利技术在镁/钪交互作用等方面对本专利技术产生有益提 示。'显然，该铝基合金对本专利技术的镁基合金"三性"不构成限制。1999 -2001年期间，以生产"奔驰"轿车闻名的德国戴姆勒一克莱斯勒股份公司(Daimler Chrysler AG)在中国专利局和美国专利商标局共公开了 4项专利，这4项 专利以保护在铝基合金中添加0.15wt%Sc的Al- (5-6wt%) Mg-0.15 wt%Sc-(0.05-0.15wt%) Zr基础成分为核心、重点揭示添加Mn后保持Mn/Sc比为2;添加 0.15w^Sc不足部分可以由Dy、 Gd等多种稀土替代关系和效果等。该4项专利包括中国专利局的①题为"特别适用于汽车应用的、新的可焊、耐腐蚀、高镁含量的铝一镁 合金"的号99801195.9专利、②题为"特别适用于航空应用的、新的可焊、耐腐蚀、 高镁含量的铝一镁合金"的99801242.4号专利、③题为"特别适用于交通运输的、可 焊、耐腐蚀铝一镁合金"的99801414. l号专利；④美国专利商标局的题为"特别适用 于汽车应用的、可焊、耐腐蚀、高镁含量的铝一镁合金"的6， 315，948号专利。该发 明在Mn/Sc比等方面对本专利技术Zn/Sc比产生等有益提示。显然，该铝基对本专利技术的镁基 合金"三性"也不构成限制。2001-2003年期间，欧洲航空防务和航天公司(EADS)的一德国分公司(Deutschland GmbH)在美国专利商标局共公开了 2项专利。这两项专利与上述德国戴姆勒一克莱斯勒 股份公司4项专利要求保护的内容基本相同，即铝基合金中添加0.15wt义左右Sc的高镁 铝合金。这2项专利为2001年公开的题为"特别适用于交通运输的、可焊、耐腐蚀 Al—Mg合金"的6，258，318号专利、2003年公开的题为"特别适用于航空应用的、新 的可焊、耐腐蚀、高镁含量的铝一镁合金"的6，531，004号专利。同样、该铝基合金 对本专利技术的镁基合金"三性"不构成限制。2001-2004年期间，美国专利商标局公开了美国手枪专业生产公司-史密斯&维森 公司(SMITH SSON CORP)所申请的2项题为"含钪铝合金枪支"专利，其专利号 分别为20010054247和20040010917。两项专利主要申请保护在铝基合金中添加0.05 wt%-0.15 wt。/。的Sc和7.5wt％。- 8. 3wt。/。的Zn以及其它少量强化元素的铝合金。该专利技术为 空天领域含钪铝合金服役后、利用回收品加工成轻量化的高档左轮手枪(Revolvers) 或其它类型手枪提供很好资源高效利用思路，也为本专利技术高Zn、低Sc的Mg-Zn-Sc合金 设计提供相关参考。同样、该铝基合金对本专利技术的镁基合金"三性"也不构成限制。2003-2004年期间，2003年中国专利局公开了以发现ABs型贮氢合金等闻名各国的荷兰皇家菲利浦电子有限公司提交的题为"具有高存储容量的金属氢化物电池物质"的 01804203.1号专利技术专利，该专利技术揭示组成为Sc0.347-Mg0.647-Pd0.006－Hx2004年美国专利商标局公开了荷兰皇家菲利浦电子有限公司提交的题为"高容量金属贮氢材料"的6，821，676号专利技术专利，该专利技术揭示组成为Sc。.3-Mg。.3 Sc。.2-Mg。.8 的重量比容量分别为1508mAh/g和1652 mAh/g，比常用的LaNis容量高出4倍。上述菲利浦公司专利技术对本专利技术含用Sc、 Mg金属合金熔炼、加工过程中如何防止"氢 脆"等方面具有有益提示，显然，属于"功能材料"的该专利技术不能构成属于"结构材料" 的本专利技术专利"三性"的限制。2003年，美国专利商标局公开了韩国专利技术家提交的题为"用高温热成型和准晶增 强的镁基合金及其制备方法"的20030029526号专利。该专利技术揭示对于Mg-(2.7 22 wt%) Zn-(0.4~6.9 W%) Y体系，合适的合金成分可获得含有体积分数为30%的准晶相。该 专利技术的创新性在于利用准晶增强并且取得很好结果。但该专利技术高Zn含量的镁基合金属 于Mg-Zn-Y系中的合金，与本专利技术高Zn含量的Mg-Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁－锌－钪合金，其特征在于，其组成为：镁基合金中含有１０．５ｗｔ％－１１．５ｗｔ％的Ｚｎ，０．９５ｗｔ％－１．０５ｗｔ％的Ｓｃ，杂质元素Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ和Ｓｉ的总量小于０．０５ｗｔ％，其余为Ｍｇ；其组成简式表示为：Ｍｇ－（１０．５－１１．５）Ｚｎ－（０．９５－１．０５）Ｓｃ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洁，王立民，张洪杰，吴耀明，王立东，肖文龙，王军，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]