CN101476071A

CN101476071A - 一种镁铝合金及其制备方法

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Publication number: CN101476071A
Application number: CNA2009100283404A
Authority: CN
Inventors: 赵浩峰; 王玲
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2029-01-21
Also published as: CN101476071B

Abstract

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种具有良好综合力学性能的镁铝合金及其制备方法，该镁铝合金的质量百分含量为：7～10％ Al，0.5～2％ Zn，0.5～3％ Sn，0.05～3.5％ Pb，其余为Mg。该韧性镁合金的制备方法，制备步骤为：按照质量百分含量为7～10％ Al，0.5～2％ Zn，0.5～3％ Sn，0.05～3.5％ Pb，其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Al锭、Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Zn锭在N₂/CO₂/SF₆混合保护气氛中一起加热熔化，混合保护气氛中N₂、CO₂和SF₆的体积比为8∶16∶76。当温度升至700～725℃时，保温4～8分钟后冷却得到韧性镁合金。本发明的镁铝合金，仅使用普通锡、铅、锌等常规元素，避开了使用大量的稀贵元素，生产制备工艺简单，合金的成本较低。

Description

一种镁铝合金及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种具有良好综合力学性能的镁铝合金及其制备方法，具体涉及一种含铅、锡、锆、锶、锰的镁铝合金，属于镁合金技术领域。

二、背景技术

镁铝合金因其具有比强度及比刚度高的性能特点，普遍应用于工业产品制造中。但是现有普通镁合金如AZ91的塑性、韧性不能满足广泛应用的要求。

目前有一些对镁铝合金的研究：

03113528.5涉及镁铝锌合金和塑性成形技术，具体是指一种含稀土的镁铝锌合金及其相应的制备方法。该材料的组分及其质量百分比含量为：2.0～6.0％铝，0.3～1.5％锌，0.3～0.6％锰，0.1～0.5％稀土，其余为镁和不可避免的微量杂质。该制备方法获得的镁合金的室温抗拉强度在260MPa以上，常温延伸率在45％以上。这种材料的力学性能必须通过较高温度的挤压和随后的热处理实现，生产成本高，工序多，零件受到挤压方式的限制。

不少专利解决提高镁铝锌合金铸态力学性能的问题。如200410017862.1提出一种高强度高塑性Mg-Al基镁合金，合金包含的各成分及其重量百分比为：3.0-9.0％Al，0.2-1.0％Zn，0.01-0.2％Ti，0.1-0.4％Mn，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。该发明的镁合金的抗拉强度为230MPa、延伸率为15％。但抗拉强度不很高。200610096511.3提供一种含稀土镁铝合金及其熔炼工艺，该合金中Al：1～6Wt％，Zn：0.6～2Wt％，Ce：0.1～2Wt％，Fe：≤0.010Wt％，Ni：<0.001Wt％；生产出质量优良、杂质含量低、铸态晶粒细小的含稀土镁铝合金。200610085353.1提出一种镁铝合金，其组成为含有以下质量百分数的元素：Al：10-11.5；Mn：0.1-1.0；0.1-0.8；Ce：0.1-0.8；Pr：0.05-0.3；Zn：0.1-0.5；Sr：0.2-1.5；该发明的镁合金的抗拉强度为260MPa、延伸率为8％，冲击韧性为4J。200710035204.9提供一种含稀土的镁铝锌锰合金及其制备方法。各组份及其重量百分比为：Al：8～11，Zn 0.8～1.0，Mn 0.1～0.3；Er 0.15～3.0或Sm 0.1～1.0；0<Fe≤0.01，余为Mg。含稀土镁铝锌锰合金。铸态合金的硬度HB超过60，室温抗拉强度σb超过200MPa，伸长率δ超过3％。可以看出，这些专利都是在镁铝或镁铝锌合金的基础上，添加一些稀有元素或稀土元素如Ti、Ni、Ce、Pr、Er、Sm、La等，并且综合力学性能也不高。

三、发明内容

解决问题：

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种具有良好综合力学性能的镁铝合金，该合金避开使用大量的稀贵元素，合金生产成本较低。

本发明的另外还提供上述镁合金的制备方法，生产制备工艺简单，适于工业化生产。

技术方案：

一种镁铝合金，合金成分的质量百分含量为：7～10％ Al，0.5～2％ Zn，0.5～3％ Sn，0.05～3.5％Pb，其余为Mg。

其中，合金中还含有质量百分含量为0.01～1.5％的Zr元素。

其中，在Mg、Al、Zn、Sn、Pb合金中还含有质量百分含量为0.01～1.5％的Zr元素；以及在Mg、Al、Zn、Sn、Pb、Zr合金中含有质量百分含量为0.01～1.5％的Sr元素。

其中，在Mg、Al、Zn、Sn、Pb合金中还含有质量百分含量为0.01～3％的Mn元素；以及在合金Mg、Al、Zn、Sn、Pb、Zr合金中含有质量百分含量为0.01～3％的Mn元素。

一种镁铝合金的制备方法，制备步骤为：

按照质量百分含量为7～10％Al，0.5～2％Zn，0.5～3％Sn，0.05～3.5％Pb，其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Al锭、Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Zn锭在N₂/CO₂/SF₆混合保护气氛中一起加热熔化，混合保护气氛中N₂、CO₂和SF₆的体积比为8：16：76。当温度升至700～725℃时，保温4～8分钟后冷却得到韧性镁合金。

在合金制备过程中还添加质量百分含量为0.01～1.5％的Zr元素；

在合金制备过程中还添加质量百分含量为0.01～1.5％的Sr元素；

在合金制备过程中还添加质量百分含量为0.01～3％的Mn元素；

其中，所述镁合金中还可另外添加上述一种或几种其它金属元素。有的金属元素可以中间合金块的形式加入，如Zr、Sr元素的加入，以Mg-Zr中间合金块和Mg-Sr中间合金块的形式。

本发明的有益效果：

本发明的镁铝合金，仅使用普通锡、铅、锌等常规元素，避开了使用大量的稀贵元素，生产制备工艺简单，合金的成本较低。锌和铝对镁有固溶强化作用。铅和锡可使枝晶团粒化和并使晶粒细化，并能增强铝及锌的固溶强化作用，可使合金的韧性提高。Mn可减少有害元素如Fe的作用。Sr和Zr可使晶粒细化，减小合金元素的偏析。因此一定量的Sr或Mn或Zr的作用下，锡、铅、锌对镁的韧性增大作用效果更加明显。

四、附图说明

图1本发明为含9％ Al、1％ Zn、2％ Sn、2％ Pb的韧性镁合金的组织。

图中亮处为镁合金晶粒边界处的镁锡铝锌化合物。

五、具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步的描述，以下实施例中的质量百分含量的取值范围，表示原料的可以该含量范围内任取质量，每个实施例都可以形成多种用量关系。

实施例一：

具有良好综合力学性能的镁铝合金，制备步骤为：按照质量百分含量为7～10％ Al、0.5～2％ Zn、0.5～3％ Sn、0.05～3.5％ Pb、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Al锭、Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Zn锭在N2/CO2/SF6混合保护气氛中一起加热熔化，混合保护气氛中N2、CO2和SF6的体积比为8:16:76。当温度升至700～725℃时，保温4～8分钟后冷却得到韧性镁合金。

实施例二：

具有良好综合力学性能的镁铝合金，制备步骤为：按照质量百分含量为7～10％的Al、0.5～2％的Zn、0.5～3％的Sn、0.05～3.5％的Pb、0.01～1.5％的Zr、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Al锭、Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Zn锭及Mg-Zr中间合金块在N2/CO2/SF6混合保护气氛中一起加热熔化，混合保护气氛中N2、CO2和SF6的体积比为8:16:76。当温度升至700～725℃时，保温4～8分钟后冷却得到韧性镁合金。

实施例三、

具有良好综合力学性能的镁铝合金，制备步骤为：按照质量百分含量为7～10％ Al、0.5～2％ Zn、0.5～3％ Sn、0.05～3.5％ Pb、0.01～1.5％ Sr、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Al锭、Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Zn锭及Mg-Sr中间合金块在N2/CO2/SF6混合保护气氛中一起加热熔化，混合保护气氛中N2、CO2和SF6的体积比为8:16:76。当温度升至700～725℃时，保温4～8分钟后冷却得到韧性镁合金。

实施例四：

本发明的镁合金按照质量百分含量为7～10％ Al、0.5～2％ Zn、0.5～3％ Sn、0.05～3.5％ Pb、0.01～1.5％ Zr、0.01～1.5％ Sr、其余为Mg的合金成分配比进行配料，其中Zr元素的加入，以Mg-Zr中间合金块的形式加入。Sr元素的以Mg-Sr中间合金块的形式加入，制备方法同实施例二。

实施例五、

本发明的镁合金按照质量百分含量为7～10％ Al、0.5～2％ Zn、0.5～3％ Sn、0.05～3.5％ Pb、0.01～3％的Mn、其余为Mg的合金成分配比进行配料，制备方法同实施例二。

实施例六、

本发明的镁合金按照质量百分含量为7～10％ Al、0.5～2％ Zn、0.5～3％ Sn、0.05～3.5％ Pb、0.01～1.5％的Zr、0.01～3％的Mn、其余为Mg的合金成分配比进行配料，其中Zr元素的加入，以Mg-Zr中间合金块的形式加入。制备过程同实施例二。

实验数据：

下表为不同成份的镁合金韧性指标参数，其中对比合金为现有技术的产品，产品1—产品5为采用本发明方法制得的产品。

合金编号	成分(质量百分含量)	抗拉强度/MPa	伸长率/％
合金编号	成分(质量百分含量)	抗拉强度/MPa	伸长率/％	对比合金	Al为9％，Zn为1％，其余为Mg	220	4
产品1	Al为7％，Zn为2％，Sn为2％，Pb为2.5％，其余为Mg	235	13	对比合金	Al为9％，Zn为1％，其余为Mg	220	4
产品1	Al为7％，Zn为2％，Sn为2％，Pb为2.5％，其余为Mg	235	13	产品2	Al为10％，Zn为1.8％，Sn为3％，Pb为1.5％，Zr为1％，其余为Mg	245	16
产品3	Al为9％，Zn为1.2％，Sn为2％，Pb为2％，Sr为1％，其余为Mg	265	15	产品2	Al为10％，Zn为1.8％，Sn为3％，Pb为1.5％，Zr为1％，其余为Mg	245	16
产品3	Al为9％，Zn为1.2％，Sn为2％，Pb为2％，Sr为1％，其余为Mg	265	15	产品4	Al为10％，Zn为1.2％，Sn为2.5％，Pb为2.5％，Mn为1.5％，其余为Mg	250	17
产品5	Al为7％，Zn为0.5，2％Sn为1.5％，Pb为2％，Mn为2％，Zr为1.5％，其余为Mg	265	18	产品4	Al为10％，Zn为1.2％，Sn为2.5％，Pb为2.5％，Mn为1.5％，其余为Mg	250	17

由上表可见，镁合金中加入Sn、Pb、Zn元素后，合金的韧性明显增大。同时在Sr或Mn或Zr金属元素的作用下，锡、铅、锌对镁的韧性增大作用效果更加明显。

Claims

1、一种镁铝合金，合金成分的质量百分含量为：7～10％ Al，0.5～2％ Zn，0.5～3％Sn，0.05～3.5％Pb，其余为Mg。

2、根据权利要求1所述的镁铝合金，其中，合金中还含有质量百分含量为0.01～1.5％的Zr元素。

3、根据权利要求1或2所述的镁铝合金，其中，合金中还含有质量百分含量为0.01～1.5％的Sr元素。

4、根据权利要求1或2所述的镁铝合金，其中，合金中还含有质量百分含量为0.01～3％的Mn元素。

5、一种镁铝合金的制备方法，制备步骤为：按照质量百分含量为7～10％ Al，0.5～2％Zn，0.5～3％ Sn，0.05～3.5％Pb，其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Al锭、Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Zn锭在N2/CO2/SF6混合保护气氛中一起加热熔化，混合保护气氛中N2、CO2和SF6的体积比为8:16:76；当温度升至700～725℃时，保温4～8分钟后冷却得到韧性镁合金。

6、根据权利要求5所述的制备方法，其中，在合金制备过程中还添加质量百分含量为0.01～1.5％的Zr元素。

7、根据权利要求5或6所述的制备方法，其中，在合金制备过程中还添加质量百分含量为0.01～1.5％的Sr元素。

8、根据权利要求5或6所述的制备方法，其中，在合金制备过程中还添加质量百分含量为0.01～3％的Mn元素。