本发明专利技术涉及一种低成本的多元Mg-Zn-Al基高强耐热镁合金及其制备方法。该合金化学成分及其组成元素配比（质量百分比）为：锌8%-12%；铝3%-5%；锰0.2%-0.4%；锶、钙和钛中的一种或几种，其中，它们的质量百分比为：锶0.2%-0.6%；钙0.1%-0.7%；钛0:005%-0.015%，杂质元素铁<0.005%；铜<0.015%；镍<0.002%，其余为镁。本发明专利技术中通过加入锶、钙和微量钛形成了Mg-Zn-Al-(Sr，Ca)高温稳定相改善合金耐热性能，同时细化了合金晶粒及强化相组织，并改善了合金组成相分布。克服了单纯加入锶、钙后形成粗大、连续网状分布的化合物相对塑性和拉伸强度的不利影响。本发明专利技术不含稀有元素，成本低廉，提高合金室温和高温拉伸力学性能同时，显著改善了高温抗蠕变性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多元Mg-Zn-Al基镁合金及其制备方法，属于工业用镁合金的范畴。
技术介绍
Mg-Al和Mg-Al-Zn系镁合金是目前使用最广泛的镁合金系列，但由于β相的存在使其高温抗蠕变性能较差，长期工作温度不能超过120℃，无法用于制造高温部件，因此限制了其在汽车工业、航空航天工业中的进一步应用。而现有的Mg-Al-Si、Mg-Al-RE和Mg-RE等耐热镁合金由于铸造性能差和生产成本较高，也限制了其在工业界的广泛使用。因此开发具有良好综合性能的低成本耐热镁合金，仍然是目前镁合金领域的研究热点。成本低廉的高Zn含量的Mg-Zn-Al（ZA）系镁合金不仅有较好的高温力学强度，而且具有良好的高温抗蠕变性能。同时还拥有优异的可压铸性能，因此具备很好的后续开发和应用前景。目前虽然已有相关通过加入Ca、Sr等碱土元素合金化的高性能Mg-Zn-Al基镁合金的报道，这些合金均具有良好的高温综合力学性能和耐热抗蠕变性能。但由于加入合金化元素后往往形成粗大、连续网状分布的化合物相对塑性和拉伸强度都会造成不利影响。
技术实现思路
本专利技术提供了一种Mg-Zn-Al基耐热镁合金成分配方，它能满足合金较高的室温和高温拉伸力学性能的要求，同时能显著改善高温抗蠕变性能，且不含稀有元素，成本低廉。本专利技术另一个目的是提供这种多元高强耐热Mg-Zn-Al基镁合金熔炼制备的方法。本专利技术公开一种多元Mg-Zn-Al基镁合金，其中：该合金中的化学成分的质量百分比为：锌 8%-12%；铝 3%-5%；锰 0.2%-0.4%；锶、钙和钛中的一种或几种，其中，它们的质量百分比为：锶 0.2%-0.6%；钙 0.1%-0.7%；钛 0.005%-0.015%；主要成分为氯化镁和氯化钾的镁合金精炼剂 1％-3%余量是镁和杂质元素，杂质元素质量百分比为：铁<0.005%；铜<0.015%；镍<0.002%。在一些实施方式中，合金中钛的质量百分比优选为：0.008%-0.012%。在一些实施方式中，合金中杂质元素总量＜0.025%。在一些实施方式中，合金在室温下，其抗拉强度σb为161-275MPa，屈服强度σs为110-179MPa，延伸率δ为2.5%-7％，合金在高温（200°C）下，其抗拉强度σb为118-210MPa，屈服强度σs为80-163MPa，延伸率δ为3%-9%。在175°C,70MPa蠕变条件下，稳态蠕变速率为3.7×10-9s-1，100h应变率为0.22%。相应的，本专利技术提供了一种多元Mg-Zn-Al基镁合金的制备方法，方法包括：S1、成分为镁锭、铝锭、锌锭、Al-10Mn中间合金、Mg-27Sr/Mg-30Ca中间合金以及Al-10Ti中间合金的原料在使用前需经过处理和清洗；S2、将钢制坩埚及熔炼工具清理干净，预热至200～300℃喷涂料。锭模在使用前清理并预热至120～150℃，冷却至70～80℃，在与金属液接触的表面喷一层厚度为0.1mm的涂料，再预热至120～200℃待用。S3、坩埚预热至暗红色后，坩埚内装满已经过预热的原料镁锭、铝锭，盖上防护罩，通入1%SF6+99%CO2混合防护气体，升温熔化。待上述炉料全部熔化后再加入Al-10Mn中间合金、锌锭、Mg-27Sr/Mg-30Ca中间合金。S4、熔体继续升温至770～790℃时，搅拌1～2分钟使成分均匀，然后清除表面熔渣。加入Al-10Ti中间合金。待全部熔化后，再次将熔体搅拌均匀。S5、将温度降至730～750℃进行精炼，精炼剂用铝箔包好，通过钟罩压入坩埚内熔体中下部，并作轻微搅动，同时于熔体表面也撒入相当量精炼剂，保温静置15～20分钟，期间约每隔8～10分钟撇除一次表面熔渣。S6、待熔体降温至710℃左右，开始浇注，浇注后冷却凝固即制成合金。在一些实施方式中，步骤S1中熔炼原料须在烘箱内于150～200℃预热，时间为0.5～1小时。在一些实施方式中，步骤S3中熔炼原料装料顺序依次为镁锭、铝锭、Al-10Mn中间合金、锌锭、Mg-27Sr/Mg-30Ca中间合金。在一些实施方式中，步骤S5中的精炼剂通过钟罩压入熔体的量为熔体重量的0.5%～1％，铺在合金熔体表面的量为1%-1.5％。在一些实施方式中，步骤S6中浇注时，从直浇口往铸型内通入防护性气体0.5～1分钟，并用石棉板盖上冒口，同时在浇杯下放置一块过滤网挡住氧化夹渣，并注意浇注时往液流处连续输送1%SF6+99%CO2混合的防护性气体进行保护。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、首次在碱土合金化的高锌镁合金中加入钛细化合金组织，有效消除了单纯加入锶、钙后形成粗大、连续网状分布的化合物对塑性和拉伸强度的不利影响。2、考虑了加入的钛与碱土元素的配比，组织中间相仍有部分沿晶界网状连续分布的高温强化相，提高了合金抗蠕变性能。同时钛以中间合金形式加入，制备工艺简单，实施方便。附图说明图1为本专利技术镁合金蠕变曲线及其与AZ91和AE42合金对比。具体实施方式实施例1以Mg-12Zn-5Al-0.4Mn-0.2Sr-0.008Ti合金为例按下述质量百分比进行配料：Zn：12%Al：5%Mn：0.4%Sr：0.2%Ti：0.008%余量为Mg准备：铸模采用顶注式水冷铜模制成，直径为60毫米。模具在使用前进行清理，并将模型预热至120～150℃，冷却至70～80℃，喷涂料，再预热至120～200℃待用。模具涂料主要由滑石粉、硼酸、水玻璃和60℃的水配制而成。熔炼工具清理干净（主要除锈），预热至200～300℃喷涂料，涂料成分主要由白垩粉、石墨粉、硼酸、水玻璃和60℃的水配制而成。准备原料：原料经过适当的处理和清洗，除去表面上的腐蚀物及溶剂、砂粒、氧化皮等，以防止它们与镁溶液反应以及硅、铁、氢、氧化夹杂等进入溶液中。处理方法主要采用吹砂，机械打磨和化学酸碱洗相结合。所有原料在熔炼前都要在烘箱内150℃左右烘烤20～30分钟，以去除所含水汽。所用模具均用烘箱加热到200℃预热。熔炼过程中，各元素都有不同程度的氧化烧损、挥发以及熔失。配料时均增加一定比例的加入量，具体的增配率为：Zn 2%-3%；Al 3%-4%；Ca<本文档来自技高网...
【技术保护点】
多元Mg？Zn？Al基镁合金，其中：该合金中的化学成分的质量百分比为：锌？？？？？？8%？12%；铝？？？？？？3%？5%；锰？？？？？？0.2%？0.4%；锶、钙和钛中的一种或几种，其中，它们的质量百分比为：锶？？？？？？0.2%？0.6%；钙？？？？？？0.1%？0.7%；钛？？？？？？0.005%？0.015%；主要成分为氯化镁和氯化钾的镁合金精炼剂？？？？1%？3%余量是镁和杂质元素，所述杂质元素质量百分比为：铁<0.005%；铜<0.015%；镍<0.002%，其中所有杂质元素总量＜0.025%。
【技术特征摘要】
1.多元Mg-Zn-Al基镁合金，其中：该合金中的化学成分的质量百分比
为：
锌 8%-12%；
铝 3%-5%；
锰 0.2%-0.4%；
锶、钙和钛中的一种或几种，其中，它们的质量百分比为：
锶 0.2%-0.6%；
钙 0.1%-0.7%；
钛 0.005%-0.015%；
主要成分为氯化镁和氯化钾的镁合金精炼剂 1%-3%
余量是镁和杂质元素，所述杂质元素质量百分比为：铁<0.005%；铜
<0.015%；镍<0.002%，其中所有杂质元素总量＜0.025%。
2.根据权利要求1所述的多元Mg-Zn-Al基镁合金，其中：所述的合金
中钛的质量百分比优选为：0.008%-0.012%。
3.根据权利要求1所述的多元Mg-Zn-Al基镁合金，其中：所述的合金
在室温下，其抗拉强度σb为161-275MPa，屈服强度σs为110-179MPa，延伸
率δ为2.5%-7％，所述合金在高温（200°C）下，其抗拉强度σb为118-210MPa，
屈服强度σs为80-163MPa，延伸率δ为3%-9%。在175°C,70MPa蠕变条
件下，稳态蠕变速率为3.7×10-9s-1，100h应变率为0.22%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的多元Mg-Zn-Al基镁合金的制备方法，
方法包括：
S1、将成分为镁锭、铝锭、锌锭、Al-10Mn中间合金、Mg-27Sr/Mg-30Ca
中间合金以及Al-10Ti中间合金的原料，在使用前需经过处理和清洗；
S2、将钢制坩埚及熔炼工具清理干净，预热至200～300℃喷涂料。锭模
在使用前清理并预热至120～150℃，冷却至70～80℃，在与金属液接触的
表面喷一层厚度...
【专利技术属性】
技术研发人员：万晓峰，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：
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