CN101255519A - 一种含镧铈混合稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金 - Google Patents
一种含镧铈混合稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供的一种含镧铈混合稀土的高强高韧Mg－Al－Mn压铸镁合金，是由质量百分比为97％～90％的AM60镁合金和质量百分比为3％～10％的镁－镧铈中间合金为3％～10％制成；所述的镁－镧铈中间合金是由配比为质量为80％的镁锭与质量为20％的镧铈混合稀土制成；所述的镧铈混合稀土为从富铈混合稀土中分离出Pr和Nd后的镧铈混合稀土，其成分按质量百分比是Ce为20％～80％，La为80％～20％，其他稀土元素为≤1％。在制备方法上，本发明之合金不同于传统镁合金之处在于：先制成镁－镧铈中间合金，再在熔炼的过程中加入镁－镧铈中间合金。稀土损耗少，易于调控成分，熔炼时间缩短，从而提升了合金品质。
Description
技术领域
本发明涉及含镧铈混合稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金，属于金属材料类领域。
背景技术
随着汽车工业的发展，目前镁合金的应用已由盖类小零件扩展到大型部件和动力系统，这就对镁合金的强度、塑性、阻尼性能提出了更高要求。以AM60为代表的Mg-Al-Mn合金由于具有铸造工艺性能优良、塑性佳、减震性能好等优点而得到广泛应用。然而此类合金也存在强度低、耐蚀性差的固有性能缺点，限制了其进一步扩大应用。为解决这些缺点，稀土元素被引入合金体系中，以期在保持该系合金的优良塑性前提下，提高其强度、耐蚀性能，从而扩展该系合金的应用领域。
富铈混合稀土是目前市场应用最普遍的混合稀土之一，其主要成分为La、Ce、Pr、Nd。由于近期Pr和Nd金属的工业应用范围扩大、需求增加，因而从富铈混合稀土中分离出Pr和Nd。因此从富铈混合稀土中分离出Pr和Nd的含La、Ce的混合稀土形成了大量积压且廉价的镧铈稀士亟待开发应用。镧铈混合稀土不能得到充分的利用，是对资源的巨大浪费和对环境的严重威胁，在这种情况下开发镧铈稀土的应用市场必要而紧迫。
利用分离高价元素后的低价格镧铈稀土，在AM60镁合金的基础上开发新型高强高韧镁合金，使该系合金的性能得到提升，应用范围更加广泛。同时也为闲置的稀土资源找到了用武之地。这既提高了镁合金产业的整体水平，又解决了镧铈稀土资源产需矛盾、产销不平衡的问题，实现稀土和镁产业的和谐发展。
发明内容
本发明目的针对目前AM60压铸镁合金强度低、耐蚀性差的不足之处，提供含镧铈混合稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金。通过在AM60合金的基础上加入一定量的镧铈混合稀土，在保持并提高基合金优良塑性的前提下，本发明合金改善了力学性能、耐腐蚀性能，与AM60镁合金相比有了明显的提高，符合当前市场需要镁合金发展的方向。
本发明的一种含镧铈混合稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金，其组成按质量百分比是Al为5.7％～6.3％，Mn为0.27％～0.4％，Ce为0.1％～1.5％，La为0.1％～1.5％，杂质元素Fe≤0.02％，Cu≤0.002％，Si≤0.01％，Ni≤0.001％；该合金由质量百分比为97％～90％的AM60镁合金和质量百分比为3％～10％的镁-镧铈中间合金为3％～10％制成；所述的镁-镧铈中间合金是由配比为质量为80％的镁锭与质量为20％的镧铈混合稀土制成；所述的镧铈混合稀土为从富铈混合稀土中分离出Pr和Nd后的镧铈混合稀土，其成分按质量百分比是Ce为20％～80％，La为80％～20％，其他稀土元素为≤1％。
在制备方法上，本发明之合金不同于传统镁合金之处在于：先制成镁-镧铈中间合金，再在熔炼的过程中加入镁-镧铈中间合金。此工艺过程中稀土损耗少，易于调控成分，熔炼时间缩短，从而提升了合金品质，降低制造成本。
本发明的一种含镧铈混合稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金的制备方法如下：
(1)按镁锭的质量为80％、镧铈混合稀土的质量为20％的配比配料，把镁锭和镧铈混合稀土放入铸铁或石墨坩埚中加热熔化并升温至780℃，搅拌均匀后浇铸成镁-镧铈中间合金；熔炼过程中通入SF6∶CO2体积比为1∶200的保护气体，所述的镧铈混合稀土为从富铈混合稀土中分离出Pr和Nd后的镧铈混合稀土，其成分按质量百分比是Ce为20％～80％，La为80％～20％，其他稀土元素为≤1％；
(2)按质量百分比为97％～90％的AM60镁合金和质量百分比为3％～10％的镁-镧铈中间合金的配比配料，把AM60镁合金为基合金，将其预热到200℃后放入铸铁坩锅，该坩埚加热到300℃，通入SF6∶CO2体积比为1∶200的保护气体，待镁合金完全熔化且熔体温度达到720℃时加入镁-镧铈中间合金，镁-镧铈中间合金预热到200℃；当温度升至740℃，镁-镧铈中间合金完全熔化时通氩气搅拌精炼10分钟；然后静置30分钟，当熔体温度下降到700℃时，在冷室压铸机上进行压铸，得到含镧铈混合稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金。
本发明的有益效果：(1)Mg-Al-Mn合金的强度性能得到明显提高：其抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到：220-240MPa、103-110MPa、8-11％。在相同工艺条件下，比AM60镁合金的上述机械性能指标(205MPa、90MPa、7％)有了明显提高。
(2)Mg-Al-Mn合金的耐腐蚀性能得到很大改善：不同稀土含量的Mg-Al-Mn合金腐蚀速率为0.8-1.3mg/cm2day，比AM60镁合金的腐蚀速率6.9mg/cm2·day降低数倍。
(3)与基合金AM60相比，本发明合金成本提升不高于10％，生产过程简单易行，压铸工艺性能良好。
(4)在不明显增加成本的前提下，实现添加稀土元素的合金化。通过稀土元素对镁合金的细晶作用、固溶作用、时效沉淀作用而实现少量多元合金强化，有效提高合金力学性能；镧铈稀土能够除去熔体中的杂质、气体、有害微量金属等，使本发明合金耐蚀性有了明显提高，实用性增强；制备镁-镧铈中间合金所用原料为镧铈混合稀土从富铈混合稀土中分离出Pr和Nd后的镧铈混合稀土，使原料的成本大大降低，并节省了紧缺的Pr、Nd稀土资源，而丰富的铈镧稀土资源保证了该合金的可持续发展前景。
附图说明
图1是本发明实施例2合金的扫描电镜微观组织图。
图2是本发明实施例2合金的透射电镜的微观组织图。
从图中可以看出细化合金晶粒会对合金产生细晶强化、晶界处大量弥散分布的Al-LaCe相对合金产生弥散强化，这是合金具有优良力学性能的主要原因。
具体实施方式
实施例1 AM60+CeLa(Ce＝0.2，La＝0.3)压铸镁合金
AM60+CeLa(Ce＝0.2，La＝0.3)压铸镁合金的制备方法如下：
1、制备镁-镧铈中间合金：按镁为80％、混合稀土原料为20％的质量关系配比配料，镁锭和混合稀土原料放入铸铁或石墨坩埚中加热熔化并升温至780℃，搅拌均匀后浇铸成镁-镧铈中间合金锭。熔炼过程中通入SF6∶C02体积比为1∶200的保护气体。制备中间合金所用混合稀土原料为从富铈混合稀土中分离出Pr和Nd后的镧铈混合稀土。
2、制备高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金：按AM60镁合金为97.5％、镁-镧铈中间合金为2.5％的质量关系配料，AM60合金锭预热到200℃后放入铸铁坩锅，该坩埚预热到300℃，通入SF6∶CO2体积比为1∶200的保护气体，待镁合金完全熔化且熔体温度达到720℃时加入镁-镧铈中间合金，镁-镧铈中间合金预热到200℃；当温度升至740℃，镁-镧铈中间合金完全熔化时通氩气搅拌精炼10分钟；然后静置30分钟，当熔体温度下降到700℃时，在冷室压铸机上进行压铸，得到含镧铈混合稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金。
所制得合金化学组成按质量百分比为：
| Al | Mn | Ce | La | Fe | Cu | Si | Ni | Mg |
| 6.2 | 0.4 | 0.2 | 0.3 | ≤0.005 | ≤0.02 | ≤0.01 | ≤0.001 | 余量 |
按前述工艺步骤制备的含镧铈混合稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金的性能见表1和表2。
例2 AM60+CeLa(Ce＝0.6，La＝0.4)压铸镁合金
AM60+CeLa(Ce＝0.6，La＝0.4)压铸镁合金按如下质量百分比配料：AM60镁合金为95％、镁-镧铈中间合金5％。其制备方法如实施例1。
所制得合金化学组成按质量百分比为：
| Al | Mn | Ce | La | Fe | Cu | Si | Ni | Mg |
| 6 | 0.3 | 0.6 | 0.4 | ≤0.005 | ≤0.02 | ≤0.01 | ≤0.001 | 余量 |
按前述工艺步骤制备的含铈镧混合稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金，合金性能见表1和表2。
例3 AM60+CeLa(Ce＝0.6，La＝0.9)压铸镁合金
AM60+CeLa(Ce＝0.6，La＝0.9)压铸镁合金按如下质量百分比配料：
AM60镁合金为92.5％、镁-镧铈中间合金7.5％。其制备方法如实施例1。
所制得合金化学组成按质量百分比为：
| Al | Mn | Ce | La | Fe | Cu | Si | Ni | Mg |
| 5.8 | 0.3 | 0.6 | 0.9 | ≤0.005 | ≤0.02 | ≤0.01 | ≤0.001 | 余量 |
按前述工艺步骤制备的含铈镧混合稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金，合金性能见表1和表2。
例4 AM60+CeLa(Ce＝1.0，La＝1.0)压铸镁合金
AM60+CeLa(Ce＝1.0，La＝1.0)压铸镁合金按如下质量百分比配料：
AM60镁合金为90％、镁-镧铈中间合金10％。其制备方法如实施例1。
所制得合金化学组成按质量百分比为：
| Al | Mn | Ce | La | Fe | Cu | Si | Ni | Mg |
| 5.7 | 0.27 | 1.0 | 1.0 | ≤0.005 | ≤0.02 | ≤0.01 | ≤0.001 | 余量 |
按前述工艺步骤制备的含铈镧混合稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金，合金性能见表1和表2。
表1本发明实施例1、例2、例3和例4与AM60的室温力学性能比较表
表1结果表明：本发明合金的综合机械性能得到明显提升，抗拉强度提高20-35MPa(15％)、屈服强度提高20-27MPa(20％)、延伸率提高到7-11％。
表2本发明实施例1、例2、例3和例4与AM60的耐腐蚀性能比较表
表2结果表明：添加镧铈混合稀土后的实施例合金腐蚀速率比AM60合金降低7-15倍，实际应用意义十分显著。
Claims (2)
1、一种含镧铈混合稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金，其特征在于，其组成按质量百分比是Al为5.7％～6.3％，Mn为0.27％～0.4％，Ce为0.1％～1.5％，La为0.1％～1.5％，杂质元素Fe≤0.02％，Cu≤0.002％，Si≤0.01％，Ni≤0.001％；该合金由质量百分比为97％～90％的AM60镁合金和质量百分比为3％～10％的镁-镧铈中间合金为3％～10％制成；所述的镁-镧铈中间合金是由配比为质量为80％的镁锭与质量为20％的镧铈混合稀土制成；所述的镧铈混合稀土为从富铈混合稀土中分离出Pr和Nd后的镧铈混合稀土，其成分按质量百分比是Ce为20％～80％，La为80％～20％，其他稀土元素为≤1％。
2、如权利要求1所述的一种含镧铈混合稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：(1)按镁锭的质量为80％、镧铈混合稀土的质量为20％的配比配料，把镁锭和镧铈混合稀土放入铸铁或石墨坩埚中加热熔化并升温至780℃，搅拌均匀后浇铸成镁-镧铈中间合金；熔炼过程中通入SF6∶CO2体积比为1∶200的保护气体，所述的镧铈混合稀土为从富铈混合稀土中分离出Pr和Nd后的镧铈混合稀土，其成分按质量百分比是Ce为20％～80％，La为80％～20％，其他稀土元素为≤1％；
(2)按质量百分比为97％～90％的AM60镁合金和质量百分比为3％～10％的镁-镧铈中间合金的配比配料，把AM60镁合金为基合金，将其预热到200℃后放入铸铁坩锅，该坩埚加热到300℃，通入SF6∶CO2体积比为1∶200的保护气体，待镁合金完全熔化且熔体温度达到720℃时加入镁-镧铈中间合金，镁-镧铈中间合金预热到200℃；当温度升至740℃，镁-镧铈中间合金完全熔化时通氩气搅拌精炼10分钟；然后静置30分钟，当熔体温度下降到700℃时，在冷室压铸机上进行压铸，得到含镧铈混合稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金。
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