CN101802235A - 镁合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明在不使用特别制备设施和方法的情况下提供一种机械性质优异的镁合金材料及其制备方法。所述镁合金材料为Mg-Zn-RE合金，其含有作为必要组分的Zn和作为RE的Gd、Tb和Tm中的至少一种，并且余量包括Mg和不可避免的杂质，并且在Mg-Zn-RE合金的合金结构中具有增稠的Zn和RE的双原子层的堆垛层错。本发明提供一种用于制备镁合金材料的方法，所述方法涉及铸造步骤、固溶处理步骤和热处理步骤，并且所述热处理步骤在满足-14.58[ln(x)]+532.32＜y＜-54.164[ln(x)]+674.05且0＜x≤2的条件下进行，其中y表示所述热处理温度(K)，而x表示所述热处理时间(h)。

Description

镁合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及镁合金材料及其制备方法，并且特别涉及具有高机械强度的镁合金材料及其制备方法。
背景技术
通常，镁合金材料在实践应用的合金中具有最低的密度、轻质和高强度，因而促进了用于电子产品的底盘、汽车车轮、底板部件、发动机的外围部件等的应用。
特别地，对于用于与汽车相关的用途的部件，由于需要高机械特性，因此作为含有元素如Gd、Zn等的镁合金材料，通过单辊法和快速固化法制备具有特定构造的材料(例如专利文献1、专利文献2和非专利文献1)。
然而，在特定制备方法中，尽管提供上述具有高机械特性的镁合金材料，仍存在需要特别设施、生产率低和可进一步使用的部件受限的问题。
因此，在制备镁合金材料的情况下，即使该镁合金材料是在不使用在上述专利文献中描述的特别设施或方法的情况下通过常见熔融铸造中的塑性加工(挤压)以高生产率制备的，也主张具有可用于特别应用的机械特性的那些镁合金材料(例如专利文献3和专利文献4)。专利文献3和4中公开的镁合金材料已知在结构中具有长周期堆垛有序结构(LPO)并且具有高机械特性。
专利文献1：日本专利申请公开(JP-A)06-041701
专利文献2：JP-A 2002-256370
专利文献3：国际公布2005/052204小册子
专利文献4：国际公布2005/052203小册子
非专利文献1：报告概述，第108届日本轻金属学会会议(the 108thConference of Japan Institute of Light Metals)，P42-45(2005)
发明内容
本发明要解决的问题
然而，存在以下对常规镁合金材料的改善的空间。
也就是说，常规镁合金材料需要进一步改善强度以促进它们为了重量轻的目的而用于汽车的应用。
从上述问题的情况考虑，本发明完成了在不使用特别制备设施和工艺的条件下提供一种机械特性优异的镁合金材料和用于制备所述镁合金材料的方法。
解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明提供一种具有下列构造的镁合金材料。也就是说，镁合金材料是一种Mg-Zn-RE合金，其含有作为必要组分的Zn和作为RE的Gd、Tb和Tm中的至少一种，以及余量的Mg和不可避免的杂质，并且在Mg-Zn-RE合金的合金结构中，形成增稠的Zn和RE的双原子层的堆垛层错。
归因于这样的构造，镁合金材料含有堆垛层错，因而与具有长周期堆垛有序结构(LPO)的镁合金材料相比，抗拉强度、0.2％保证强度或屈服强度(0.2％proof strength)和伸长率(伸长比率)得到改善。
此外，在上述镁合金材料中，Mg-Zn-RE合金的合金结构含有再结晶晶粒，它们具有5μm以下的平均晶粒直径和35％以上的相对于上述合金结构的表面积比。
归因于这样的构造，金属结构(母相)中的细的再结晶晶粒改善了机械特性，并且抗拉强度、0.2％保证强度和伸长率得到了改善。
此外，在上述镁合金材料中，Zn优选在0.5至3原子％的组分范围内，而RE优选在1至5原子％的组分范围内。
归因于这样的构造，由于Zn和RE(Gd、Tb和Tm)在规定的组分范围内调节，因而使得镁合金材料易于形成堆垛层错，从而改善强度。
此外，为了解决上述问题，用于制备所述镁合金材料的方法包括下列步骤：铸造步骤，其通过铸造Mg-Zn-RE合金形成铸造材料，所述Mg-Zn-RE合金含有作为必要组分的Zn和作为RE的Gd、Tb和Tm中的至少一种，并且余量包括Mg和不可避免的杂质；固溶处理步骤，其对铸造材料进行固溶处理；和热处理步骤，其在规定条件下对于进行过固溶处理的铸造材料进行热处理，并且上述热处理步骤在满足-14.58[ln(x)]+532.32＜y＜-54.164[ln(x)]+674.05且0＜x≤2的条件下进行，其中y表示热处理温度(K)，而x表示热处理时间(h)。
在根据上述程序制备镁合金材料的方法中，Mg和RE的析出物通过固溶处理变成处于固溶体状态下，并且进一步在规定范围的热处理条件下进行热处理步骤，以便可以在Mg-Zn-RE合金的合金结构(母相)中形成增稠的Zn和RE的双原子层的堆垛层错，并且因而可以改善抗拉强度、0.2％保证强度和伸长率。
另外，对于用于制备所述镁合金材料的方法，该方法包括下列步骤：铸造步骤，其通过铸造Mg-Zn-RE合金形成铸造材料，所述Mg-Zn-RE合金含有作为必要组分的Zn和作为RE的Gd、Tb和Tm中的至少一种，并且余量包括Mg和不可避免的杂质；固溶处理步骤(solution step)，其对上述铸造材料进行固溶处理；热处理步骤，其在规定条件下对进行过固溶处理的铸造材料进行热处理；和，塑性加工步骤，其对上述热处理过的铸造材料进行塑性加工，并且上述热处理步骤在满足-14.58[ln(x)]+532.32＜y＜-54.164[ln(x)]+674.05且0＜x≤2的条件下进行，其中y表示热处理温度(K)，而x表示热处理时间(h)。在上述用于制备镁合金材料的方法中，塑性加工步骤是挤压加工或锻造加工。
在根据上述程序的制备镁合金材料的方法中，Mg和RE的析出物通过固溶处理而处于固溶体状态，并且另外将热处理条件调节在规定范围内，使得可以在Mg-Zn-RE合金的合金结构(母相)中形成增稠的Zn和RE的双原子层的堆垛层错，因而可以改善抗拉强度、0.2％保证强度和伸长率。另外，塑性加工的实施在合金结构中产生大量细的再结晶晶粒，并且可以更大地改善抗拉强度、0.2％保证强度和伸长率。
发明效果
根据本发明的镁合金材料及其制备方法具有下列优异效果。
由于镁合金材料在合金结构(母相)中含有增稠的Zn和RE的双原子层的堆垛层错，因此与具有长周期堆垛有序结构的镁合金材料相比，抗拉强度、伸长率和在规定伸长比率情况下的0.2％保证强度可以被显著地改善。另外，如果进行挤压(塑性)加工，由于在合金结构中产生细的晶粒，因此可以得到通常无法实现的过高的机械特性。因此，镁合金材料还可以用于例如汽车部件，特别是需要具有非常苛刻的机械特性的部件诸如活塞等。
由于用于制备镁合金材料的方法涉及在固溶处理之后在规定范围内的条件下的热处理，因此镁合金材料在合金结构(母相)中含有增稠的Zn和RE的双原子层的堆垛层错。因此，可以通过常规制备设施或方法，有效地制备相比于常规材料具有改善的抗拉强度、伸长率和在规定伸长比率的情况下的0.2％保证强度的镁合金材料。
另外，在用于制备所述镁合金材料的方法中，热处理温度和热处理时间在满足下式的条件下调节：-14.58[ln(x)]+532.32＜y＜-54.164[ln(x)]+674.05且0＜x≤2，其中y表示热处理温度(K)，而x表示热处理时间(h)，因而可以制备具有改善的抗拉强度、伸长率和在变宽范围内的规定伸长比率的情况下的0.2％保证强度(与具有长周期堆垛有序结构的镁合金材料的那些相比)的镁合金材料。
附图简述
图1(a)和1(b)是通过低放大倍数的透射电子显微镜观察到的在本发明的镁合金材料的金属结构中形成堆垛层错的状态的TEM照片。
图2是通过高分辨率的透射电子显微镜在本发明的镁合金材料中观察到的堆垛层错的TEM照片。
图3是通过高角度散射环形暗场方法观察到的在本发明的镁合金材料中的堆垛层错的STEM照片。
图4是通过低放大倍数的透射电子显微镜观察到的在常规镁合金材料的金属结构中形成长周期堆垛有序结构的状态的TEM照片。
图5是显示用于制备本发明的镁合金材料的方法的流程图。
图6是示意性显示在本发明的镁合金材料的固溶处理和热处理中的温度与时间的关系的图。
图7是显示在本发明条件中的热处理温度和热处理时间的情况下在金属结构中形成的堆垛层错的区域的照片。
图8(a)至8(c)是显示通过对本发明的镁合金材料在673K热处理0.5小时和1小时以及在523K热处理2小时的金属结构的状态的TEM照片。
图9(a)至9(c)是显示通过对本发明的镁合金材料和常规镁合金材料在723K热处理2小时、在673K热处理10小时和在773K热处理10小时的金属结构的状态的TEM照片。
图10是用于比较通过对本发明的镁合金材料和常规镁合金材料在673K热处理0.5小时、在673K热处理10小时和在773K热处理10小时的金属结构的状态的TEM照片。
图11(a)至11(c)是显示在对本发明的镁合金材料与常规镁合金材料的热处理步骤之后的挤压加工之前的0.2％保证强度和伸长率的关系、抗拉强度与伸长率的关系，以及抗拉强度与0.2％保证强度的关系的图。
图12(a)至12(c)是显示在对本发明的镁合金材料与常规镁合金材料的热处理步骤之后实施挤压加工的情况下，0.2％保证强度和伸长率的关系，抗拉强度和伸长率的关系，以及抗拉强度和0.2％保证强度的关系的图。
图13是显示对于本发明的镁合金材料在金属结构中的再结晶晶粒的表面积比与机械特性的相关性的图。
图14(a)是显示在用于常规镁合金材料的常规热处理条件的一个实例中，塑性加工之后的微结构的TEM照片，而图14(b)是显示在对于本发明的镁合金材料，在本发明的热处理条件的一个实例中，在塑性加工之后的微结构的TEM照片。
图15(a)是显示对于常规镁合金材料在773K历时10小时的热处理中，在塑性加工之后的微结构的TEM照片，而图15(b)是显示对于本发明的镁合金材料在673K历时0.16小时的热处理中，在塑性加工之后的微结构的TEM照片。
图16(a)是显示对于常规镁合金材料在673K历时0.5小时的热处理中，在塑性加工之后的微结构的TEM照片，而图16(b)是显示对于本发明的镁合金材料在673K历时1小时的热处理中，在塑性加工之后的微结构的TEM照片。
图17是显示包括本发明的镁合金材料的热处理温度与热处理时间的关系的图。
图18是显示在解释本发明的实施例的情况下用于评价机械特性的各个步骤的框图。
图19(a)至19(d)是在将要用于本发明的实施例中的铸锭在相应温度进行相应时间的热处理的情况下的TEM照片。
图20(a)至20(c)是在将要用于本发明的实施例中的铸锭在673K进行相应时间的热处理的情况下的TEM照片。
符号说明
1：镁合金材料
2：堆垛层错
3：长周期堆垛有序结构(LPO)
4：再结晶晶粒
实施本发明的最佳模式
下面，参照附图描述实施本发明的最佳模式。图1(a)和1(b)是通过低放大倍数的透射电子显微镜观察到的在镁合金材料的金属结构中形成堆垛层错的状态的TEM照片；图2是通过高分辨率的透射电子显微镜在镁合金材料中观察到的堆垛层错的TEM照片；图3是通过高角度散射环形暗场方法观察到的在镁合金材料中的堆垛层错的STEM照片；图4是通过低放大倍数的透射电子显微镜观察到的在常规镁合金材料的金属结构中形成长周期堆垛有序结构的状态的TEM照片。
镁合金材料1为Mg-Zn-RE合金，其含有作为必要组分的Zn，作为RE(稀土金属)的Gd、Tb和Tm中的至少一种，并且余量包括Mg和不可避免的杂质，并且本文中将描述含有Gd的实例。如图1至3中所示，镁合金材料1在合金结构(母相)中含有增稠的Zn和RE的双原子层的堆垛层错2。主要地，镁合金材料1在双原子层中含有包括拉伸型(drawing type)堆垛层错在内的堆垛层错2，其中锌(Zn)和稀土(RE)元素在α-镁母相的底面中的双原子层中增稠(双原子层增稠)，因而溶质元素增稠(稍后将描述堆垛层错)。
在本文中，合金结构(母相)的底面表示母相中的合金表面侧，即，母相中的上下侧的两个面。
在图1中，观察方向平行于母相晶体的a-轴，并且在电子衍射图案中，可以在c-轴方向上观察得自堆垛层错而非得自长周期堆垛有序结构的条纹。在图2中，观察方向平行于母相晶体的a-轴，并且可以认为堆垛层错为拉伸型堆垛层错。在图3中，观察方向平行于母相晶体的a-轴，并且可以认为溶质原子在双原子层中增稠。
另外，在RE为Gd的情况下的镁合金材料1作为Mg-Zn-RE合金时，如图1中所示，无数的堆垛层错2以细线的形式显示。当在高分辨率下进一步观察细的线形堆垛层错2时，如图3中所示，可以认为通过两个原子增稠，并且可以认为其为堆垛层错2。在含有作为RE的Gd的情况下，双层增稠(two layer thick)是由Zn原子和Gd原子引起的增稠。在Gd为RE的情况下，Mg3Gd的析出物在镁合金材料1中析出(未示出)。Mg3Gd的析出物通过固溶处理形成固溶体(溶液)并且堆垛层错2通过此固溶体和热处理而形成。
(堆垛层错和长周期堆垛有序结构)
镁合金材料1中的堆垛层错2是由于双原子层中的RE原子和Zn原子所致的增稠引起的拉伸型堆垛层错2，并且堆垛方向不具体确定。另一方面，图4中显示的长周期堆垛有序结构3通过将RE原子和Zn原子在镁母相晶体的c-轴方向上以确定的循环(certain cycle)堆垛而形成，因而长周期堆垛有序结构3和堆垛层错2可以根据堆垛方向和循环性质进行清楚的分类。在常规研究中，变得清楚的是，具有长周期堆垛有序结构3的Mg-RE-Zn型合金具有优异的机械特性(抗拉强度、0.2％保证强度和伸长率)；然而，对于堆垛层错2，它们的存在、对机械特性的影响等还根本不清楚。然而，本发明的发明人的研究首先使得堆垛层错2对机械特性的影响变得清楚。
(合金组成)
[Zn：0.5至3(原子)％]
如果Zn小于0.5原子％，则不能在铸造状态下得到Mg3Gd，并且即使在下一步骤中进行固溶处理，Gd元素也不能有效地与α-Mg形成固溶体。因此，堆垛层错2不能在热处理步骤中形成，并且强度降低。此外，如果Zn超过3原子％，则不仅强度不能对应于加入量而被改善，而且在晶界中析出的Mg3Gd增加，并且伸长率降低(从而导致脆性)。因此，在此Zn被限定在0.5至3原子％的范围内。
[RE(Gd、Tb和Tm中的一种或多种)]
尽管Gd、Tb和Tm不能仅通过铸造发展堆垛层错2但通过在铸造之后在规定条件下进行固溶体和热处理而形成堆垛层错2。在镁合金材料1中，强度可以通过在热处理条件下析出长周期堆垛有序结构3来改善；然而，为了得到更高的强度，通过Mg3Gd(Mg3Zn3Tb2或Mg24Tm5)的固溶体和热处理形成堆垛层错2，或者，可以通过Mg3Gd(Mg3Zn3Tb2或Mg24Tm5)的固溶体和热处理形成堆垛层错2并且同时可以混合长周期堆垛有序结构3。
因此，在镁合金材料1中需要规定量RE，该RE包含Gd、Tb和Tm中的至少一种。如果镁合金材料1中的Gd、Tb和Tm中的至少一种的总量小于1原子％，则不能形成Mg3Gd(Mg3Zn3Tb2或Mg24Tm5)和堆垛层错2，而如果总量超过5原子％，则不仅不能对应于加入量改善强度，而且在晶界中析出的Mg3Gd增加并且伸长率降低。因此，在镁合金材料1中的RE即Gd、Tb和Tm中的至少一种的总量限定在1至5原子％的范围内。
因此，对于合金组成，镁合金材料1具有由组成式Mg100-a-bZnaREb(在组成式中，0.5≤a≤3；1≤b≤5)限定的基于原子％的组成。在本发明中，在不可避免的杂质的范围处于不影响本发明的镁合金的效果的范围内，可以加入除上述组分以外的组分，例如，可以以0.1至0.5原子％的量加入对细度有贡献的Zr。
接着，将描述一种用于制备镁合金材料的方法。
图5是显示用于制备镁合金材料的方法的流程图，而图6是示意性显示镁合金的固溶处理和热处理的温度与时间的关系的图。
首先在铸造步骤S1中铸造镁合金材料1。在此，镁合金材料1具有组成式Mg100-a-bZnaREb并且含有作为RE的Gd。接着，在固溶处理S2中对铸造材料进行固溶处理(RE的固溶体的形成)。在图6中，此时的固溶处理的温度为例如793K，并且固溶处理进行2小时。在铸造材料中，通过铸造形成的Mg和Gd(Tb，Tm)的复合物溶解于基体中并且通过固溶处理形成固溶体。固溶处理优选在773K以上进行2小时以上。
此外，对进行过固溶处理的铸造材料进行热处理的热处理步骤S3在规定条件下进行。热处理步骤S3的实施形成堆垛层错2并且有时候长周期堆垛有序结构3的析出物和Mg3Gd(Mg3Zn3Tb2或Mg24Tm5)与Mg3Zn3Gd2的析出物可能同时共存。
热处理步骤S3在满足下式的范围的条件下进行：-14.58[ln(x)]+532.32＜y＜-54.164[ln(x)]+674.05且0＜x≤2，其中y表示热处理温度(K)，而x表示热处理时间(h)。
当热处理步骤S3在规定条件下进行时，作为镁合金材料1，提供具有其中可以形成能够特别改善强度的堆垛层错2的相域的结构。图7是显示在热处理温度和热处理时间的条件下在金属结构中形成的堆垛层错的区域的照片，而图8(a)至8(c)是显示通过在673K热处理0.5小时和1小时以及在523K热处理2小时而得到的镁合金材料的金属结构的状态的TEM照片。图9(a)至9(c)是显示通过在723K热处理2小时、在673K热处理10小时和在773K热处理10小时而得到的镁合金材料的金属结构的状态的TEM照片。图10是用于比较通过在673K热处理0.5小时、在673K热处理10小时和在773K热处理10小时而得到的镁合金材料的金属结构的状态的TEM照片。图8、9和10全部用相同比例拍摄并且对应于图7的图的一部分。
如图7中所示，其中主要形成堆垛层错2的范围是上述规定的热处理条件的范围。热处理条件的范围通过计算近似图7的被实线包围的范围的曲线方程，基于该计算出的曲线方程限定。也就是说，被实线包围的范围大约为热处理条件的范围。此外，长周期堆垛有序结构3的形成或Mg3Gd析出物的析出可能与堆垛层错2组合发生。使得可以通过主要形成堆垛层错2(参照实施例)而彻底改善镁合金材料1抗拉强度、0.2％保证强度和伸长率。
另外，如图8中所示，发现堆垛层错2主要形成在热处理温度为673K且热处理时间分别设定为0.5小时和1小时以及热处理温度为523K且热处理时间设定为2小时的情况下。此外，如图9中所示，在热处理在723K的热处理温度且2小时的热处理时间、在673K的热处理温度且10小时的热处理时间，以及在773K的热处理温度且10小时的热处理时间进行的情况下没有观察到堆垛层错2的形成。此外，如图10中所示，堆垛层错在热处理温度为673K且热处理时间为0.5小时的情况下形成，而在673K的热处理温度且10小时的热处理时间，和在773K的热处理温度且10小时的热处理时间的情况下没有形成堆垛层错。
根据需要，进行过热处理的铸造产品接着进行用于塑性加工的塑性加工步骤S4。塑性加工步骤S4的塑性加工可以为挤压加工或锻造加工。经塑性加工的塑性加工产品具有显著改善的抗拉强度、0.2％保证强度和伸长率(伸长比率)。图11(a)至11(c)是显示在对镁合金材料的热处理步骤之后的挤压加工之前，0.2％保证强度与伸长率的关系、抗拉强度与伸长率的关系，以及抗拉强度与0.2％保证强度的关系的图。图12(a)至12(c)是显示在对镁合金材料(挤压材料)的热处理步骤之后实施挤压加工的情况下，0.2％保证强度和伸长率的关系、抗拉强度和伸长率的关系，以及抗拉强度和0.2％保证强度的关系的图。如图11和12中所示，与具有长周期堆垛有序结构(LPO)3的镁合金材料相比，具有堆垛层错2的镁合金材料1在该条件下具有稳定的数据并且具有优异的在0.2％保证强度与伸长率之间的平衡、在抗拉强度和伸长率之间的平衡以及在抗拉强度和0.2％保证强度的关系之间的平衡。此外，机械性质整体上较高。此外，在热处理步骤S3之后，与没进行挤压加工的镁合金材料相比，进行了挤压加工即是塑性加工步骤S4的镁合金材料1显示高的抗拉强度、0.2％保证强度和伸长率值。
重要的是，镁合金材料1在下列情况下提供堆垛层错2的形成：在抗拉强度、0.2％保证强度和伸长率在热处理步骤S3和塑性加工步骤S4中得到改善的情况，以及另外在Mg3Gd(Mg3Zn3Tb2或Mg24Tm5)的析出物和长周期堆垛有序结构3另外析出时，如果堆垛层错2形成，则抗拉强度、0.2％保证强度和伸长率得到改善的情况。
在此，如果将含有堆垛层错2的合金挤压加工，则在合金结构中(主要在基体部分中)产生许多平均晶粒直径为5μm以下的细的再结晶晶粒。再结晶晶粒是在挤压之后进一步改善机械性质的主要原因。图13显示在金属结构中的再结晶晶粒的表面积比与机械性质之间的相关性的图。如图13中所示，随着再结晶晶粒4的表面积比越高，0.2％保证强度趋于更大地改善。优选的是具有在35％表面积比以上的强度。此外，平均晶粒直径可以通过用光学显微镜观察并且通过在ASTM中标准化的平均晶粒表面积方法计算来测量。
此外，图14(a)是显示在用于常规镁合金材料的常规热处理条件的一个实例中在塑性加工之后的微结构的TEM照片，而图14(b)是显示用于本发明的镁合金材料的本发明的热处理条件的一个实例中在塑性加工之后的微结构的TEM照片。图15(a)是显示在773K历时10小时的热处理中，在塑性加工之后的微结构的TEM照片，而图15(b)是显示在673K历时0.16小时的热处理中，在塑性加工之后的微结构的TEM照片。图16(a)是显示在673K历时0.5小时的热处理中，在塑性加工之后的微结构的TEM照片，而图16(b)是显示在673K历时1小时的热处理中，在塑性加工之后的微结构的TEM照片。图15和16的挤压条件是挤压比为10且挤压速度为2.5mm/sec。如图14至16中所示，在本发明的热处理条件下，可以认为在塑性加工(挤压加工)之后在合金中形成大量再结晶晶粒4。在图14(a)中，没有形成再结晶晶粒。此外，在塑性加工之前在微结构中没有形成再结晶晶粒(参照图8至10)。
另外，由于图5中所示的塑性加工步骤S4通过对进行过热处理的铸造产品增加塑性加工(挤压加工和锻造加工)而改善强度，因此该步骤可以根据镁合金材料1的用途进行。塑性加工之后的镁合金材料1可以通过切割等加工成规定的形状以得到产品。此外，尽管用于制备镁合金材料1的方法在此作为涉及从铸造步骤S1至塑性加工步骤S4的一系列步骤的方法进行了描述，但是所述步骤系列可以仅从铸造步骤S1至热处理步骤S3，而塑性加工步骤S4可以在购买产品的购买者方进行。
[实施例]
下面，描述本发明的实施例。在此，实施例仅示例本发明，而根本不限制本发明。图17是显示热处理温度与热处理时间的关系的图。图18是显示用于评价机械性质的各个步骤的框图。图19(a)至19(d)是在各个铸锭在相应温度进行相应时间的热处理的情况下的TEM照片。图12(a)至20(c)是在各个铸锭在673K进行相应时间的热处理的情况下的TEM照片。
将含有1原子％的Zn、2原子％的Gd，并且余量包括Mg和不可避免的杂质的Mg-Zn-Gd合金作为镁合金材料，装载到熔化炉中并且通过熔剂精炼熔融。接着，通过图18中所示的铸模将热熔融的材料铸造，以制备尺寸为的锭(S1)，并且将该铸锭在793K进行2小时的固溶处理(S2)，之后，进行在相应温度进行热处理(S3)，并且样品进行挤压比为10并且挤压温度为673K的塑性加工(S4)，并且制备没进行塑性加工的样品，在室温对它们进行拉伸试验(为了对比，对没有进行塑性加工的样品进行在高温的拉伸试验)。在拉伸试验时的应变速度为ε＝5.0×10-4(s-1)。此外，固溶处理和热处理通过马弗炉进行，并且相应温度显示于图17中，例如：即，进行0.16小时、0.33小时、0.5小时、1小时和2小时的短时间热处理。图18总体显示作为热处理的固溶处理和热处理。如图17中所示，对于作为样品的总共24种类型的镁合金材料进行与上述各个温度和时间相关的测试。
在图17中所示的样品中，通过固溶处理的微结构的TEM照片和进行773K×0.16小时、523K×2小时和773K×4小时的处理的微结构的TEM照片显示在图19(a)至19(d)中。
如图19(a)中所示，发现在仅进行固溶处理的情况下，在金属结构状态中，仅堆垛层错与Mg3Gd相一起在基体中出现。结构构造通过之后进行的热处理而变化，并且如图19(b)中所示，发现在773K热处理0.16小时的情况下金属结构状态含有一起共存的高密度的堆垛层错和Mg3Gd的析出物。此外，在如图19(c)中所示的523K×2小时的热处理的情况下，发现结构含有一起共存的堆垛层错和LPO。此外，在其它温度范围中，发现主要析出堆垛层错并且部分析出Mg3Gd相和14H-LPO相(长周期堆垛有序结构)。另一方面，如图19(d)中所示，在773K×4小时的常规热处理的情况下，发现没有观察到堆垛层错并且LPO是主要结构。
此外，在图17中显示的那些中，673K×0.16小时、673K×0.5小时和673K×1小时的样品的微结构的TEM照片显示在图20(a)至20(c)中。如图20(a)至20(c)中所示，发现在热处理条件的情况下，堆垛层错以高密度析出并且Mg3Gd共存在金属结构中。
如所述，在常规长时间热处理的情况下，发现在固溶处理时形成的堆垛层错变化成LPO。因此，发现14H-LPO相在常规热处理条件下析出但是没有确认堆垛层错的析出。
此外，表1和2显示如下各项：在图17所示的样品中在如实施例1至7限定的本发明的范围内的条件下处理的那些样品，和在图(table)17中显示的样品中作为比较例1至6限定的在本发明的范围外的代表性条件下处理的那些样品，以及各个步骤的条件、结构状态、0.2％保证强度、抗拉强度和伸长率。表1显示在塑性加工(S4)进行之前的样品，而表2显示在塑性加工(S4)进行之后的样品。
[表1]
Figure GPA00001061244000131
Figure GPA00001061244000141
*固溶处理：793K×2小时
[表2]
Figure GPA00001061244000142
*固溶处理：793K×2小时
*挤压温度：623K，挤压比10
如表1和2中所示，发现实施例1至7的镁合金材料样品全部在金属结构中具有Mg3Gd和堆垛层错的析出物并且整体具有高的0.2％保证强度、抗拉强度和伸长率(参照图11和12)。
另一方面，发现与含有堆垛层错的析出物的镁合金样品相比，比较例1至6的镁合金材料样品整体上具有低的0.2％保证强度、抗拉强度和伸长率，原因在于它们没有堆垛层错(参照图11和12)。
另外，如表1和2中所示，发现与没有进行塑性加工(挤压加工)的那些相比，进行过塑性加工(挤压加工)的那些样品在0.2％保证强度、抗拉强度和伸长率方面得到改善。
如上所述，通过析出堆垛层错，即使镁合金材料为Mg-Zn-RE合金，也可以使用该镁合金材料作为机械性质优异的材料。
迄今描述了根据本发明的镁合金材料和用于制备所述镁合金材料的方法的实施方案和实施例的最佳模式；然而，并没有将本发明限于示出的实施方案和实施例的意图。因此，本发明不应理解为由前述说明和附图限制，而是仅由后附权利要求的范围限制。不需说明的是可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下进行改变和替换。

Claims (6)

1.一种Mg-Zn-RE合金的镁合金材料，所述Mg-Zn-RE合金含有作为必要组分的Zn和作为RE的Gd、Tb和Tm中的至少一种，并且余量包括Mg和不可避免的杂质，其中所述Mg-Zn-RE合金的合金结构含有增稠的Zn和RE的双原子层的堆垛层错。
2.根据权利要求1所述的镁合金材料，其中所述Mg-Zn-RE合金的合金结构含有再结晶晶粒，所述再结晶晶粒具有5μm以下的平均晶粒直径和35％以上的相对于所述合金结构的表面积比。
3.根据权利要求1或2所述的镁合金材料，其中所包含的Zn在0.5至3原子％的组分范围内，并且所包含的RE在1至5原子％的组分范围内。
4.一种用于制备镁合金材料的方法，所述方法包括：
铸造步骤，其通过铸造Mg-Zn-RE合金制备铸造材料，所述Mg-Zn-RE合金含有作为必要组分的Zn和作为RE的Gd、Tb和Tm中的至少一种，并且余量包括Mg和不可避免的杂质；
固溶处理步骤，其对所述铸造材料进行固溶处理；和
热处理步骤，其在规定条件下对进行过所述固溶处理的所述铸造材料进行热处理，
其中所述热处理步骤在满足-14.58[ln(x)]+532.32＜y＜-54.164[ln(x)]+674.05且0＜x≤2的条件下进行，其中y表示热处理温度(K)，而x表示热处理时间(h)。
5.一种用于制备镁合金材料的方法，所述方法包括：
铸造步骤，其通过铸造Mg-Zn-RE合金制备铸造材料，所述Mg-Zn-RE合金含有作为必要组分的Zn和作为RE的Gd、Tb和Tm中的至少一种，并且余量包括Mg和不可避免的杂质；
固溶处理步骤，其对所述铸造材料进行固溶处理；
热处理步骤，其在规定条件下对进行过所述固溶处理的所述铸造材料进行热处理，和
塑性加工步骤，其对进行过所述热处理的所述铸造材料进行塑性加工，其中所述热处理步骤在满足-14.58[ln(x)]+532.32＜y＜-54.164[ln(x)]+674.05且0＜x≤2的条件下进行，
其中y表示热处理温度(K)，而x表示热处理时间(h)。
6.根据权利要求5所述的用于制备镁合金材料的方法，其中在所述塑性加工步骤中的所述塑性加工是挤压加工或锻造加工。
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