CN1227382C

CN1227382C - 高锌铝稀土镁合金

Info

Publication number: CN1227382C
Application number: CN 03128312
Authority: CN
Inventors: 姚三九
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: CN1475592A

Abstract

本发明提供了一种高锌铝稀土镁合金。该合金重量百分组成为锌8～14%、铝3～8%、稀土0.3～1.5%，其余为镁和不可避免的杂质。该合金的熔炼，采用电阻坩埚炉，使用已商品化的镁合金覆盖熔剂，无需加入Be元素，或采用气体保护，能直接在大气环境中进行，稀土以中间合金的形式加入。本镁合金材料的着火点温度≥740℃，铸态拉伸强度σ_b≥200MPa，延伸率δ≥1.4%，经过固溶热处理后，强度σ_b≥260MPa，延伸率δ≥3%。

Description

高锌铝稀土镁合金

技术领域

本发明涉及不含Be而能直接暴露在大气中熔炼的高锌铝稀土镁合金。

背景技术

镁合金是当前最轻的金属工程材料，它们的应用已从宇航工业扩展到汽车、电子、通讯、家电等民用产业，且市场潜力巨大。现有的镁合金品种较多，根据ASTM、ISO和GB标准中的化学成分，科技人员把它们划分成镁-铝、镁-锌、镁-稀土和镁-锂四大系列。国内常用的AZ5和AZ90均隶属于镁-铝系(含Al7.5～9.0％)。

可是，镁氧化物的标准生成反应自由能(ΔG°)极低，纯镁在空气中的着火点温度(剧烈氧化温度)约为530℃，常用的AZ5和AZ91D压铸镁合金的着火点也只有550～600℃，远低于镁合金在熔炼和成形过程中所必需的过热温度(680～740℃)。熔炼和成形过程中的剧烈氧化，不仅导致大量的镁合金烧损，并且由此所产生的氧化物会残存在材料中，使材料的力学性能和耐腐蚀性能大幅度下降。为了解决这个矛盾，科技人员往往是从工艺、设备和合金三方面着手，尽量避免或削弱镁合金的高温剧烈氧化。

熔剂保护和SF₆气体保护是熔炼镁合金经常采用的两种方法。采用熔剂保护法时，部分熔剂将沉淀到坩埚底部结块，少量的熔剂还会悬浮在镁合金液中，导致材料的性能下降。并且熔剂法也无法防止浇注时镁合金的二次氧化，所以该方法在批量生产中应用较少。SF₆气体保护法是目前国内外镁合金铸件生产中广泛采用的方法，其保护效果良好。但是它会对地球产生巨大的温室效应，现正面临被禁用的处境。

针对大批量镁合金压铸件的生产实际，国外正致力于开发和使用集熔化和压铸为一体、采用惰性气体保护的全封闭型加工设备，已取得明显的效果，并被部分生产厂家所采用，国内也正在步其后尘。但昂贵的一次性设备投资，以及严格的技术要求，使得许多中小型企业暂时无法接受。

更多情况下，则是希望通过改变材料的化学成分，以便获得拥有高着火点的镁合金。纯镁中加入3％的Ca，可使镁的着火点接近750℃，其原因是处在合金液与MgO之间的CaO薄膜阻止了镁与空气的接触。但Ca的加入量超过1％后，会恶化镁合金的力学性能。加入0.1％～0.8％的Be，可将镁合金的着火点提高250℃左右，使之能直接暴露在大气中熔炼。其机理是致密的BeO膜能有效地阻止镁合金液的继续氧化。但加Be同样也会造成材料的延伸率下降，以及Be的粉尘和氧化物对人体的危害极大，并且Be在地球上的蕴藏量极小，将此稀有金属大量地应用于镁合金铸件的实际生产中，既不现实也不经济。

Zn、Al是镁合金中的常用元素，提高Zn、Al在镁合金中的含量，可以降低熔炼时所必需的过热温度，从而削弱镁合金剧烈氧化的动力学条件。但标准牌号镁合金中的Zn含量一般都不高，即使在镁-锌系列中，其含量也≤6％。本发明人曾经将镁合金中的Zn含量提高到15％～25％，该种材料的着火点温度可≥720℃，能直接在大气环境中熔炼，并且保护熔剂始终浮在液体面上，真正起到防止镁合金继续氧化的作用。材料的拉伸强度达到140～160Mpa。同时也研究了铝对高锌镁合金力学性能的影响，使该材料的强度再提高20％左右。但是Al的加入量过多，反而会降低力学性能。其结果已分别发表在2000年《特种铸造及有色合金》和2001年《铸造》杂志上。

稀土在镁合金中的有利作用不断被人们认识和掌握，现已开发出一系列含稀土(Re)的镁合金，它们可以拥有高强、或耐热、或耐蚀等性能，且发展潜力极大。同时，结构复杂的Mg-Re-Al-O氧化膜能够阻止镁合金液的继续氧化，对提高镁合金着火点温度也发挥积极作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高锌铝稀土镁合金。该合金着火点温度高，不含Be而能直接在大气环境中熔炼、且材料的力学性能优良。

本发明的高锌铝稀土镁合金，其重量百分组成为锌8～14％、铝3～8％、稀土0.3～1.5％，其余为镁和不可避免的杂质。

所述的高锌铝稀土镁合金，其重量百分组成为锌9～12％、铝4～6％、稀土0.5～1.0％，其余为镁和不可避免的杂质。

本发明的高锌铝稀土镁合金的熔炼，采用电阻坩埚炉，使用已商品化的镁合金覆盖熔剂，无需加入Be元素或采用气体保护，直接在大气环境中进行，稀土以中间合金的形式加入。得到的镁合金材料的着火点温度≥740℃。采用金属型铸造的试棒，铸态拉伸强度σ_b≥200MPa，延伸率δ≥1.4％。经过固溶热处理后，强度σ_b≥260MPa，延伸率δ≥3％。

X射线衍射分析的结果表明，该种镁合金显微组织成员为：Mg基固溶体，Mg-Zn、Mg-Al、Mg-Zn-Al化合物，以及含稀土的Mg-Zn-Al化合物。部分Zn、Al、稀土溶入Mg中，起固溶强化作用，同时稀土也能明显地细化晶粒，因此，材料的强度提高。但化合物属硬脆相，尤其是Mg-Al化合物(γ相)，易偏聚在晶界上，将导致材料的延伸率下降。经过固溶热处理后，大部分化合物被分解，共晶产物量减少，重新形成的化合物则以弥散状分布在Mg基固溶体上，所以材料的强度、延伸率同时提高。研究结果证明，如果Zn、Al含量较少，不仅着火点温度偏低，而且材料的强度也不高。倘若Zn、Al含量过高，金属间化合物太多，则材料的脆性加剧，即使经过固溶热处理，也无法使延伸率超过1％。

本发明的优点在于该镁合金拥有高的着火点温度，只需使用少量的保护熔剂便能有效地防止镁合金的剧烈氧化，金属液可直接在大气环境中熔炼。能采用普通冷室压铸机，或金属型等设备或工装生产铸件。已拥有铝合金熔炼和成形工装的企业和车间，无需大的再投入，便可以生产该种镁合金的产品。

附图说明

图1本发明的高锌铝稀土镁合金γ射线衍射图。

具体实施方式

本高锌铝稀土镁合金实施例1～4

原材料为纯镁、纯锌、纯铝和稀土中间合金。采用电阻坩埚炉熔炼，熔炼温度700℃，热电偶测温；2％镁合金覆盖剂，1％镁合金变质剂。金属模浇注拉伸试棒。在箱式电炉中进行固溶热处理。其化学成分及力学性能列入表1中。

表1 高锌铝稀土镁合金的化学成分与力学性能

Claims

1、一种高锌铝稀土镁合金，其特征是该镁合金重量百分组成为锌8～14％、铝3～8％、稀土0.3～1.5％，其余为镁和不可避免的杂质。

2、如权利要求1所述的镁合金，其特征是该镁合金重量百分组成为锌9～12％、铝4～6％、稀土0.5～1.0％，其余为镁和不可避免的杂质。