CN115109975A - 含纳米核壳结构析出强化相的镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种含纳米核壳结构析出强化相的镁合金及其制备方法，以质量百分比计，所述含纳米核壳结构析出强化相的镁合金包括以下组分：4.5～6.2％的锌、0.1～0.5％的铜、0.1～0.4％的钙、0.4～0.7％的锆以及含量大于0且小于0.007％的杂质，余量为镁。本发明提供的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金，通过将锌、铜、钙、锆、杂质和镁等组分控制在上述比重下，能够在镁基体中获得高数量密度且具有核壳结构的纳米尺寸析出相，高数量密度说明析出相的形核率较高，从而大大改善析出强化效果；形成核壳结构，使得析出相不易长大粗化，从而提高析出相的热稳定性，进一步改善析出强化效果，拓宽合金的应用温度范围。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种含纳米核壳结构析出强化相的镁合金及其制备方法。
背景技术
镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料，具有比重轻、比强度高、比刚度高、导热导电性好、易加工、易回收等优点，在航空航天、军工、电子通讯、交通运输等领域有着巨大的应用前景。特别是在全球铁、铝、锌等资源紧缺的大背景下，镁合金成为这一种迅速崛起的工程材料。Mg-Zn-Zr系合金是一类高强变形镁合金，具有很好的综合力学性能，广泛地应用于精密器械、汽车运输、电子工业等诸多领域。
此外，Mg-Zn-Zr系合金也是一类可析出强化的镁合金，但现有的Mg-Zn-Zr系合金会存在Mg-Zn二元析出相，Mg-Zn二元析出相形核率低，使得析出相的密度差，从而导致析出强化效果不明显。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种含纳米核壳结构析出强化相的镁合金及其制备方法，旨在解决现有Mg-Zn-Zr系合金中Mg-Zn二元析出相形核率低，从而导致析出强化效果不明显的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种含纳米核壳结构析出强化相的镁合金，以质量百分比计，所述含纳米核壳结构析出强化相的镁合金包括以下组分：
4.5～6.2％的锌、0.1～0.5％的铜、0.1～0.4％的钙、0.4～0.7％的锆以及含量大于0且小于0.007％的杂质，余量为镁。
可选地，以质量百分比计，所述含纳米核壳结构析出强化相的镁合金包括以下组分：
6.0％的锌、0.4％的铜、0.3％的钙、0.6％的锆以及含量大于0且小于0.007％的杂质，余量为镁。
可选地，所述杂质包括铁和镍。
可选地，所述含纳米核壳结构析出强化相的镁合金中，铁的质量分数小于0.005％，镍的质量分数小于0.002％。
本发明还提出一种如上所述的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的制备方法，包括以下步骤：
将原料熔炼成金属液；
将所述金属液浇铸到模具中，制得铸锭；
将所述铸锭进行均匀化处理，然后进行固溶处理，得到固溶态合金锭；
将所述固溶态合金锭进行时效处理，得到含纳米核壳结构析出强化相的镁合金；
其中，所述原料包括单质镁、单质锌、单质铜、镁钙中间合金和镁锆中间合金。
可选地，将原料熔炼成金属液的步骤中，所述熔炼的温度为750～800℃。
可选地，将原料熔炼成金属液的步骤在CO2和SF6的混合气氛中进行。
可选地，将所述金属液浇铸到模具中，制得铸锭的步骤包括：
将所述金属液以680～720℃的浇铸温度浇铸到300～400℃的模具中，制得铸锭。
可选地，将所述铸锭进行均匀化处理，然后进行固溶处理，得到固溶态合金锭的步骤包括：
将所述铸锭置于隔绝空气和250～300℃条件下均匀化处理12～24h，然后置于395～405℃条件下固溶处理1～12h，得到固溶态合金锭。
可选地，将所述固溶态合金锭进行时效处理，得到含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的步骤包括：
在隔绝空气和155～165℃条件下将所述固溶态合金锭时效处理60～70h，得到含纳米核壳结构析出强化相的镁合金。
本发明的技术方案中，所述含纳米核壳结构析出强化相的镁合金包括以下组分：4.5～6.2％的锌、0.1～0.5％的铜、0.1～0.4％的钙、0.4～0.7％的锆以及含量大于0且小于0.007％的杂质，余量为镁。通过将锌、铜、钙、锆、杂质和镁等组分控制在上述比重下，能够在镁基体中获得高数量密度且具有核壳结构的纳米尺寸析出相，高数量密度说明析出相的形核率较高，从而大大改善析出强化效果；形成核壳结构，使得析出相不易长大粗化，从而提高析出相的热稳定性，进一步改善析出强化效果，拓宽合金的应用温度范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的制备方法的一实施例的流程示意图；
图2为本发明实施例5得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的扫描电镜背散射电子成像图；
图3为本发明实施例5得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的透射电镜图；
图4为本发明实施例6得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的扫描电镜背散射电子成像图；
图5为本发明实施例6得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的透射电镜图；
图6为本发明实施例7得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的扫描电镜背散射电子成像图；
图7为本发明实施例7得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的透射电镜图；
图8为本发明实施例8得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的扫描电镜背散射电子成像图；
图9为本发明实施例8得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的透射电镜图；
图10为本发明对比例1得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的扫描电镜背散射电子成像图；
图11为本发明对比例1得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的透射电镜图；
图12为本发明对比例2得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的扫描电镜背散射电子成像图；
图13为本发明对比例2得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的透射电镜图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
Mg-Zn-Zr系合金是一类可析出强化的镁合金，但现有的Mg-Zn-Zr系合金会存在Mg-Zn二元析出相，Mg-Zn二元析出相形核率低，使得析出相的密度差，从而导致析出强化效果不明显。
鉴于此，本发明提出一种含纳米核壳结构析出强化相的镁合金，旨在解决现有Mg-Zn-Zr系合金中Mg-Zn二元析出相形核率低，从而导致析出强化效果不明显的问题。
本发明附图中，图1为本发明提供的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的制备方法的实施例的流程示意图；图2为本发明实施例5得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的扫描电镜背散射电子成像图；图3为本发明实施例5得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的透射电镜图；图4为本发明实施例6得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的扫描电镜背散射电子成像图；图5为本发明实施例6得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的透射电镜图；图6为本发明实施例7得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的扫描电镜背散射电子成像图；图7为本发明实施例7得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的透射电镜图；图8为本发明实施例8得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的扫描电镜背散射电子成像图；图9为本发明实施例8得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的透射电镜图；图10为本发明对比例1得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的扫描电镜背散射电子成像图；图11为本发明对比例1得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的透射电镜图；图12为本发明对比例2得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的扫描电镜背散射电子成像图；图13为本发明对比例2得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的透射电镜图。
在本发明实施例中，以质量百分比计，所述含纳米核壳结构析出强化相的镁合金包括以下组分：4.5～6.2％的锌、0.1～0.5％的铜、0.1～0.4％的钙、0.4～0.7％的锆以及含量大于0且小于0.007％的杂质，余量为镁。
本发明的技术方案中，所述含纳米核壳结构析出强化相的镁合金包括以下组分：4.5～6.2％的锌、0.1～0.5％的铜、0.1～0.4％的钙、0.4～0.7％的锆以及含量大于0且小于0.007％的杂质，余量为镁。通过将锌、铜、钙、锆、杂质和镁等组分控制在上述比重下，能够在镁基体中获得高数量密度且具有核壳结构的纳米尺寸析出相，高数量密度说明析出相的形核率较高，从而大大改善析出强化效果；形成核壳结构，使得析出相不易长大粗化，从而提高析出相的热稳定性(受热不易长大的性能)，进一步改善析出强化效果，拓宽合金的应用温度范围。
可以理解，本发明实施例中，杂质大多为金属杂质，可以是各原料中携带的杂质，也可以是含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的制备过程中，使用的模具等引入的杂质。
优选地，以质量百分比计，所述含纳米核壳结构析出强化相的镁合金包括以下组分：6.0％的锌、0.4％的铜、0.3％的钙、0.6％的锆以及含量大于0且小于0.007％的杂质，余量为镁。上述配比下，有利于高数量密度且具有核壳结构的纳米尺寸析出相的形成，从而提升析出强化效果，进而提高镁合金的强度。
本发明实施例中需要将杂质的含量控制在0.007％以内，优选地，所述杂质包括铁和镍。也即，所述含纳米核壳结构析出强化相的镁合金中，铁和镍的质量分数之和小于0.007％。更优选地，铁的质量分数小于0.005％，优选铁的质量分数小于等于0.003％，镍的质量分数小于0.002％，优选镍的质量分数小于等于0.001％。将铁、镍等杂质的含量控制在上述范围内，有利于高数量密度且具有核壳结构的纳米尺寸析出相的形成。
请参照图1，本发明还提出一种含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的制备方法，用于制备如上所述的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金，所述含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的制备方法包括以下步骤：
步骤S10、将原料熔炼成金属液。
其中，所述原料包括单质镁、单质锌、单质铜、镁钙中间合金和镁锆中间合金。
优选地，所述熔炼的温度为750～800℃。上述温度下，能够保证各原料都熔化。
此外，步骤S10在CO2和SF6的混合气氛中进行。以CO2和SF6的混合气为保护气，能够保证各原料不被氧化。CO2和SF6的配比，本发明也不做限制，在本发明实施例中，CO2和SF6两者的体积比为100：3。
步骤S20、将所述金属液浇铸到模具中，制得铸锭。
在本发明实施例中，步骤S20具体包括：将所述金属液以680～720℃的浇铸温度浇铸到300～400℃的模具中，制得铸锭。
可以理解的是，本步骤依然要在CO2和SF6的混合气氛中进行，浇铸时的浇铸温度为680～720℃，如680℃、700℃、720℃等，在本发明实施例中，优选浇铸温度为700℃，此外，在浇铸前，需要将模具预热，使得模具的温度为300～400℃，以保证浇铸过程的人员安全。
步骤S30、将所述铸锭进行均匀化处理，然后进行固溶处理，得到固溶态合金锭。
更具体地，步骤S30包括：将所述铸锭置于隔绝空气和250～300℃条件下均匀化处理12～24h，然后置于395～405℃条件下固溶处理1～12h，得到固溶态合金锭。
本发明实施例中，在隔绝空气条件下，250～300℃下均匀化处理12～24h可消除锌在合金中的偏析，避免高温固溶时出现过烧。395～405℃条件下固溶处理1～12h可将消除晶界析出相，固溶合金元素，促进核壳结构析出相中纳米核的大量析出，从而促进Mg-Zn析出相的形核位点。其中，固溶处理的温度条件为395～405℃，如395℃、400℃、405℃等。在本发明实施例中，优选地，均匀化处理的温度条件为300℃，均匀化处理时间为24h，固溶处理的温度条件为400℃，固溶处理时间为12h，上述热处理条件下高温稳定纳米核的密度显著提高。
步骤S40、将所述固溶态合金锭进行时效处理，得到含纳米核壳结构析出强化相的镁合金。
在一些实施例中，步骤S40具体包括：在隔绝空气和155～165℃条件下将所述固溶态合金锭时效处理60～70h，得到含纳米核壳结构析出强化相的镁合金。
本步骤中，155～165℃下时效处理过程中，Mg-Zn二元析出相将依附高密度的纳米核高温稳定相生长，大幅提高Mg-Zn基合金中析出相的形核密度及稳定性。其中，对于时效处理的155～165℃的温度条件，可以是155℃，也可以是160℃，更可以是165℃，本发明对此不做限制。优选地，在本发明实施例中，时效处理的温度条件为160℃。本发明实施例中，在160℃下时效处理66h后，镁合金达到峰值时效。
本发明提出的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的制备方法，通过多级热处理，成功将高数量密度且具有核壳结构的纳米尺寸析出相引入Mg-Zn-Zr合金体系中，拓宽了Mg-Zn-Zr合金的生产制备方式。此外，本发明提出的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的制备方法，制备得到的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金，具备了上述含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的全部有益效果，在此不再一一赘述。
以下给出本发明提出的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的制备方法的一具体实施例：
(1)采用体积比为CO2:SF6＝100:3的CO2/SF6混合气氛，熔炼温度为750～780℃，首先在熔炼炉中加入烘烤过的纯Mg锭，待纯Mg锭完全熔化后加入纯Zn锭，纯Cu锭，Mg-Ca中间合金，Mg-Zr中间合金，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成分均匀，静置30min，然后进行除渣，采用镁合金精炼剂进行精炼，保温除渣后，得到金属液。
(2)在CO2/SF6混合气氛中，将所述金属液浇铸到预热温度为300～400℃的铁模具中，浇铸温度为700℃，制得铸锭。
(3)将所述铸锭置于隔绝空气和250～300℃条件下均匀化处理12～24h，然后置于400℃条件下固溶处理1～12h，得到固溶态合金锭。
(4)在隔绝空气和160℃条件下将所述固溶态合金锭时效处理60～70h，得到含纳米核壳结构析出强化相的镁合金。
以下结合具体实施例和试验数据对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种含纳米核壳结构析出强化相的镁合金，以质量百分比计，包括以下组分：锌4.5％，铜0.1％，钙0.1％，锆0.4％，杂质铁0.002％，杂质镍0.001％，其余为镁。
实施例2
一种含纳米核壳结构析出强化相的镁合金，以质量百分比计，包括以下组分：锌5.2％，铜0.3％，钙0.2％，锆0.5％，杂质铁0.002％、杂质镍0.001％，其余为镁。
实施例3
一种含纳米核壳结构析出强化相的镁合金，以质量百分比计，包括以下组分：锌6.0％，铜0.4％，钙0.3％，锆0.6％，杂质铁0.002％、杂质镍0.001％，其余为镁。
实施例4
一种含纳米核壳结构析出强化相的镁合金，以质量百分比计，包括以下组分：锌6.2％，铜0.5％，钙0.4％，锆0.7％，杂质铁0.003％，杂质镍0.001％，其余为镁。
实施例5
(1)采用体积比为CO2:SF6＝100:3的CO2/SF6混合气氛，熔炼温度为750℃，首先在熔炼炉中加入烘烤过的纯Mg锭，待纯Mg锭完全熔化后加入纯Zn锭，纯Cu锭，Mg-Ca中间合金，Mg-Zr中间合金，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成分均匀，静置30min，然后进行除渣，采用镁合金精炼剂进行精炼，保温除渣后，得到金属液。其中，纯Mg锭、纯Zn锭、纯Cu锭、Mg-Ca中间合金和Mg-Zr中间合金按实施例1的组分配比称重。
(2)在CO2/SF6混合气氛中，将所述金属液浇铸到预热温度为300℃的铁模具中，浇铸温度为700℃，制得铸锭。
(3)将所述铸锭置于隔绝空气和250℃条件下均匀化处理12h，然后置于400℃条件下固溶处理1h，得到固溶态合金锭。
(4)在隔绝空气和160℃条件下将所述固溶态合金锭时效处理70h，得到含纳米核壳结构析出强化相的镁合金。
将得到的镁合金做扫描电镜背散射电子成像和透射电镜，得图2和图3，可以看出，得到的镁合金较均匀，镁基体中存在高数量密度且具有核壳结构的纳米尺寸析出相。
实施例6
(1)采用体积比为CO2:SF6＝100:3的CO2/SF6混合气氛，熔炼温度为770℃，首先在熔炼炉中加入烘烤过的纯Mg锭，待纯Mg锭完全熔化后加入纯Zn锭，纯Cu锭，Mg-Ca中间合金，Mg-Zr中间合金，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成分均匀，静置30min，然后进行除渣，采用镁合金精炼剂进行精炼，保温除渣后，得到金属液。其中，纯Mg锭、纯Zn锭、纯Cu锭、Mg-Ca中间合金和Mg-Zr中间合金按实施例2的组分配比称重。
(2)在CO2/SF6混合气氛中，将所述金属液浇铸到预热温度为350℃的铁模具中，浇铸温度为700℃，制得铸锭。
(3)将所述铸锭置于隔绝空气和300℃条件下均匀化处理12h，然后置于400℃条件下固溶处理1h，得到固溶态合金锭。
(4)在隔绝空气和160℃条件下将所述固溶态合金锭时效处理66h，得到含纳米核壳结构析出强化相的镁合金。
将得到的镁合金做扫描电镜背散射电子成像和透射电镜，得图4和图5，可以看出，得到的镁合金较均匀，镁基体中存在高数量密度且具有核壳结构的纳米尺寸析出相。
实施例7
(1)采用体积比为CO2:SF6＝100:3的CO2/SF6混合气氛，熔炼温度为780℃，首先在熔炼炉中加入烘烤过的纯Mg锭，待纯Mg锭完全熔化后加入纯Zn锭，纯Cu锭，Mg-Ca中间合金，Mg-Zr中间合金，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成分均匀，静置30min，然后进行除渣，采用镁合金精炼剂进行精炼，保温除渣后，得到金属液。其中，纯Mg锭、纯Zn锭、纯Cu锭、Mg-Ca中间合金和Mg-Zr中间合金按实施例3的组分配比称重。
(2)在CO2/SF6混合气氛中，将所述金属液浇铸到预热温度为400℃的铁模具中，浇铸温度为700℃，制得铸锭。
(3)将所述铸锭置于隔绝空气和300℃条件下均匀化处理24h，然后置于400℃条件下固溶处理12h，得到固溶态合金锭。
(4)在隔绝空气和160℃条件下将所述固溶态合金锭时效处理66h，得到含纳米核壳结构析出强化相的镁合金。
将得到的镁合金做扫描电镜背散射电子成像和透射电镜，得图6和图7，可以看出，得到的镁合金较均匀，镁基体中存在高数量密度且具有核壳结构的纳米尺寸析出相。
实施例8
(1)采用体积比为CO2:SF6＝100:3的CO2/SF6混合气氛，熔炼温度为800℃，首先在熔炼炉中加入烘烤过的纯Mg锭，待纯Mg锭完全熔化后加入纯Zn锭，纯Cu锭，Mg-Ca中间合金，Mg-Zr中间合金，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成分均匀，静置30min，然后进行除渣，采用镁合金精炼剂进行精炼，保温除渣后，得到金属液。其中，纯Mg锭、纯Zn锭、纯Cu锭、Mg-Ca中间合金和Mg-Zr中间合金按实施例4的组分配比称重。
(2)在CO2/SF6混合气氛中，将所述金属液浇铸到预热温度为380℃的铁模具中，浇铸温度为700℃，制得铸锭。
(3)将所述铸锭置于隔绝空气和300℃条件下均匀化处理24h，然后置于400℃条件下固溶处理12h，得到固溶态合金锭。
(4)在隔绝空气和160℃条件下将所述固溶态合金锭时效处理60h，得到含纳米核壳结构析出强化相的镁合金。
将得到的镁合金做扫描电镜背散射电子成像和透射电镜，得图8和图9，可以看出，得到的镁合金较均匀，镁基体中存在高数量密度且具有核壳结构的纳米尺寸析出相。
对比例1
除不进行步骤(3)和(4)以外，其余步骤及条件与实施例8相同，以得到的铸锭作为镁合金。
将得到的镁合金做扫描电镜背散射电子成像和透射电镜，得图10和图11，可以看出，得到的镁合金不均匀，且晶粒内析出相尺寸大，密度低。
对比例2
(1)采用体积比为CO2:SF6＝100:3的CO2/SF6混合气氛，熔炼温度为765℃，首先在熔炼炉中加入烘烤过的纯Mg锭，待纯Mg锭完全熔化后加入纯Zn锭，纯Cu锭，Mg-Ca中间合金，Mg-Zr中间合金，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成分均匀，静置30min，然后进行除渣，采用镁合金精炼剂进行精炼，保温除渣后，得到金属液。其中，纯Mg锭、纯Zn锭、纯Cu锭、Mg-Ca中间合金和Mg-Zr中间合金按实施例3的组分配比称重。
(2)在CO2/SF6混合气氛中，将所述金属液浇铸到预热温度为380℃的铁模具中，浇铸温度为700℃，制得铸锭。
(3)将所述铸锭置于500℃条件下固溶处理12h，得到固溶态合金锭。
(4)在隔绝空气和160℃条件下将所述固溶态合金锭时效处理60h，得到镁合金。
将得到的镁合金做扫描电镜背散射电子成像和透射电镜，得图12和图13，可以看出，得到的镁合金晶粒内析出相尺寸大，密度低。
对实施例5至8及对比例1至2得到的镁合金测定显微硬度，得表1。
表1实施例5-8及对比例1-2得到的镁合金的显微硬度
由表1可以看出，本发明实施例5-8制得的镁合金具有较高的显微硬度，相比于不进行热处理的对比例1，及高温固溶处理的对比例2，显微硬度明显提高。说明本发明实施例5-8制得的镁合金具有更好的析出强化效果。
综上，在上述配比及热处理工艺下，能够在镁基体中获得高数量密度且具有核壳结构的纳米尺寸析出相，能够显著提高Mg-Zn-Zr系合金系中析出相的密度，解决现有Mg-Zn-Zr系合金中Mg-Zn二元析出相形核率低，从而导致析出强化效果不明显的问题；并且，适量添加Ca也可以提高纳米尺寸析出相的热稳定性。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种含纳米核壳结构析出强化相的镁合金，其特征在于，以质量百分比计，所述含纳米核壳结构析出强化相的镁合金包括以下组分：
4.5～6.2％的锌、0.1～0.5％的铜、0.1～0.4％的钙、0.4～0.7％的锆以及含量大于0且小于0.007％的杂质，余量为镁。
2.如权利要求1所述的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金，其特征在于，以质量百分比计，所述含纳米核壳结构析出强化相的镁合金包括以下组分：
6.0％的锌、0.4％的铜、0.3％的钙、0.6％的锆以及含量大于0且小于0.007％的杂质，余量为镁。
3.如权利要求1或2所述的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金，其特征在于，所述杂质包括铁和镍。
4.如权利要求3所述的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金，其特征在于，所述含纳米核壳结构析出强化相的镁合金中，铁的质量分数小于0.005％，镍的质量分数小于0.002％。
5.一种如权利要求1至4任意一项所述的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将原料熔炼成金属液；
将所述金属液浇铸到模具中，制得铸锭；
将所述铸锭进行均匀化处理，然后进行固溶处理，得到固溶态合金锭；
将所述固溶态合金锭进行时效处理，得到含纳米核壳结构析出强化相的镁合金；
其中，所述原料包括单质镁、单质锌、单质铜、镁钙中间合金和镁锆中间合金。
6.如权利要求5所述的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的制备方法，其特征在于，将原料熔炼成金属液的步骤中，所述熔炼的温度为750～800℃。
7.如权利要求5所述的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的制备方法，其特征在于，将原料熔炼成金属液的步骤在CO2和SF6的混合气氛中进行。
8.如权利要求5所述的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的制备方法，其特征在于，将所述金属液浇铸到模具中，制得铸锭的步骤包括：
将所述金属液以680～720℃的浇铸温度浇铸到300～400℃的模具中，制得铸锭。
9.如权利要求5所述的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的制备方法，其特征在于，将所述铸锭进行均匀化处理，然后进行固溶处理，得到固溶态合金锭的步骤包括：
将所述铸锭置于隔绝空气和250～300℃条件下均匀化处理12～24h，然后置于395～405℃条件下固溶处理1～12h，得到固溶态合金锭。
10.如权利要求5所述的含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的制备方法，其特征在于，将所述固溶态合金锭进行时效处理，得到含纳米核壳结构析出强化相的镁合金的步骤包括：
在隔绝空气和155～165℃条件下将所述固溶态合金锭时效处理60～70h，得到含纳米核壳结构析出强化相的镁合金。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102071345A (zh) * | 2011-01-21 | 2011-05-25 | 华南理工大学 | 一种Mg-Zn-Cu-Zr合金 |
| CN109280829A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-01-29 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种高强度铸造Mg-Zn-Cu-Zr合金及其制备方法 |
| CN109837439A (zh) * | 2017-11-29 | 2019-06-04 | 中国科学院金属研究所 | 一种高阻尼Mg-Zn-Ca-Cu-Y-Zr镁合金 |
| US20190201590A1 (en) * | 2016-06-29 | 2019-07-04 | Amsinomed Medical Co., Ltd | Degradable corrosion-resistant high strength and ductility magnesium alloy for biomedical use and preparation method therefor |
| CN110144503A (zh) * | 2019-05-07 | 2019-08-20 | 珠海中科先进技术研究院有限公司 | 一种高强韧耐蚀镁合金及其制备方法 |
| JP2019218577A (ja) * | 2018-06-15 | 2019-12-26 | 株式会社戸畑製作所 | マグネシウム合金 |
| US20210025035A1 (en) * | 2018-02-21 | 2021-01-28 | National Institute For Materials Science | Magnesium alloy and method for manufacturing the same |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102071345A (zh) * | 2011-01-21 | 2011-05-25 | 华南理工大学 | 一种Mg-Zn-Cu-Zr合金 |
| US20190201590A1 (en) * | 2016-06-29 | 2019-07-04 | Amsinomed Medical Co., Ltd | Degradable corrosion-resistant high strength and ductility magnesium alloy for biomedical use and preparation method therefor |
| CN109837439A (zh) * | 2017-11-29 | 2019-06-04 | 中国科学院金属研究所 | 一种高阻尼Mg-Zn-Ca-Cu-Y-Zr镁合金 |
| US20210025035A1 (en) * | 2018-02-21 | 2021-01-28 | National Institute For Materials Science | Magnesium alloy and method for manufacturing the same |
| JP2019218577A (ja) * | 2018-06-15 | 2019-12-26 | 株式会社戸畑製作所 | マグネシウム合金 |
| CN109280829A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-01-29 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种高强度铸造Mg-Zn-Cu-Zr合金及其制备方法 |
| CN110144503A (zh) * | 2019-05-07 | 2019-08-20 | 珠海中科先进技术研究院有限公司 | 一种高强韧耐蚀镁合金及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 林子钦等: "挤压及T5处理对 Mg-Zn-Zr-Cu-Ca 镁合金组织性能的影响" * |
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