CN101255518A

CN101255518A - 一种含富钇稀土高强耐蚀Mg-Al-Mn压铸镁合金

Info

Publication number: CN101255518A
Application number: CNA2008100504811A
Authority: CN
Inventors: 孟健; 田政; 张德平; 张景怀; 房大庆; 牛晓东; 唐定骧; 鲁化一; 张洪杰
Original assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Current assignee: Baishan City Tian An Metal Magnesium Mining Co ltd
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2028-05-21
Also published as: CN100554466C

Abstract

本发明涉及一种含富钇稀土高强耐蚀Mg－Al－Mn压铸镁合金。该合金由质量百分比为97％～91％的AM60镁合金和质量百分比为3％～9％的镁－富钇中间合金制成；所述的镁－富钇中间合金是由质量比为80％的镁与质量比为20％的特殊富钇稀土制成；所述的特殊富钇稀土为普通富钇稀土提取Eu、Dy、Tb、Lu等高价元素后剩余的廉价富钇稀土；在AM60合金的基础之上，通过加入一定量的特殊富钇混合稀土，既保留了该系合金塑性高的优点，又改善合金的强度和耐腐蚀性，其综合性能与AM60镁合金相比有了较明显的提高。

Description

一种含富钇稀土高强耐蚀Mg-Al-Mn压铸镁合金

技术领域

本发明涉及一种含富钇稀土高强耐蚀Mg-Al-Mn压铸镁合金，属于金属材料类领域。

背景技术

在当前金属矿产资源日益枯竭的局面下，镁以其资源丰富而受到重视，工程结构材料轻量化、环保节能问题的需求更加刺激了镁工业成为世界性的热点。然而传统镁合金(如AM60镁合金等)因为强度、耐腐蚀性能等固有性能差的缺点，无法满足应用汽车、国防军工、航空航天等领域的要求。研究表明：稀土元素作为合金化元素能够改善镁合金的力学性能与耐蚀性能，因而被引入到镁合金当中。

镁合金目前使用最多的混合稀土之一为普通富钇混合稀土，主要成分为Y、Ho、Er，还包括Eu、Dy、Tb、Lu等高价元素。目前由于市场及工业需要，从富钇原料中提取高价元素后，剩余了大量廉价的富钇稀土不能得到充分利用。开辟这种富钇稀土的利用途径，对稀土资源的综合利用和平衡发展具有重要意义，对提高镁合金材料的性能也有着重要意义。

利用分离高价元素后的富钇稀土，在AM60镁合金的基础上提高合金的强度、延伸率和耐蚀性能，发挥它的优势，开发出新型高强耐蚀镁合金，既提升了镁合金材料的性能，又有利于解决分离高价稀土后的富钇稀土资源大量积压问题，缓解资源的产需矛盾、产销不平衡的现状。

发明内容

本发明针对目前AM60压铸镁合金强度低、耐腐蚀性差的薄弱环节，提供含富钇稀土的高强高韧Mg-Al-Mn压铸镁合金。在AM60合金的基础之上，通过加入一定量的特殊富钇混合稀土，既保留了该系合金塑性高的优点，又改善合金的强度和耐腐蚀性，其综合性能与AM60镁合金相比有了较明显的提高，可以满足工业发展对镁合金不断提高的要求。

本发明的一种含富钇稀土高强耐蚀Mg-Al-Mn压铸镁合金，其组成按质量百分比为Al为5.7％～6.3％，Mn为0.27％～0.4％，Y为0.3％～1.5％，Er为0.1％～0.15％，Ho为0.05％～0.1％，杂质元素Fe≤0.02％，Cu≤0.002％，Si≤0.01％，Ni≤0.001％，余量为镁；所述的合金由质量百分比为97％～91％的AM60镁合金和质量百分比为3％～9％的镁-富钇中间合金制成；所述的镁-富钇中间合金是由质量比为80％的镁与质量比为20％的特殊富钇稀土制成；所述的特殊富钇稀土为普通富钇稀土提取Eu、Dy、Tb、Lu等高价元素后剩余的廉价富钇稀土，特殊富钇稀土化学组成按质量百分比为Y：70％～90％，Er：5％～20％，Ho：1％～10％。

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-富钇中间合金，再在熔炼过程中加入镁-富钇中间合金。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。

本发明的含富钇稀土高强耐蚀Mg-Al-Mn压铸镁合金的制备方法：

(1)、按质量配比为80％的镁锭和质量配比为20％的富钇混合稀土为原料，把镁锭和富钇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-富钇中间合金；熔炼过程中通入SF₆∶CO₂体积比为1∶200的保护气体，所述的富钇混合稀土为普通富钇稀土提取Eu、Dy、Tb、Lu等高价元素后的富钇稀土，其化学组成按重量百分比为Y：70％～90％，Er：5％～20％，Ho：1％～10％。

(2)、按质量百分比为97％～91％的AM60镁合金和质量百分比为3％～9％的镁-富钇中间合金配料，把AM60镁合金预热到200℃，放入铸铁坩锅加热，坩埚预热到300℃，并通入SF₆∶CO₂体积比为1∶200的保护气体，待镁合金完全熔化、熔体温度达到720℃时加入镁-富钇中间合金，镁-富钇中间合金预热到200℃，镁-富钇中间合金完全熔化，温度升至740℃，通氩气精炼搅拌10分钟，然后静置30分钟，待熔体温度下降至700℃时，在冷室压铸机上进行压铸，得到一种含富钇稀土高强耐蚀Mg-Al-Mn压铸镁合金。

本发明所具有的有益效果是：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：235-250MPa、110-117MPa、7-10％。在相同工艺条件下，比AM60镁合金的强韧性指标(205MPa、90MPa、7％)有了明显提高，而该系镁合金塑性高的优势也得到了增强。同时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0.35-0.77mg/cm²·day，明显优于AM60镁合金的6.9mg/cm²day。最后，与基合金AM60相比，本发明合金生产过程没有过大变化，便于推广使用，成本提升不高于10％，压铸工艺性能良好。

与基合金AM60镁合金相比，本发明的特点在于：

1、通过添加富钇稀土产生的细晶作用、固溶作用、时效沉淀作用而实现添加稀土元素的合金化，在不明显改变该系镁合金优异塑性的前提下有效提高合金力学性能。2、富钇稀土的除杂作用使熔体中的杂质、气体、有害微量金属等含量降低，从而使本发明合金耐蚀性有了明显提高，实用性增强。3、用廉价的特殊富钇混合稀土取代普通的富钇稀土改善合金性能，既节省了Eu、Dy、Tb、Lu等高价元素资源，又使镁合金的性价比得到明显提升，使镁及稀土的资源优势得到最大的发挥。

附图说明

图1是本发明实施例2合金的扫描电镜图。

图2是本发明实施例2透射电镜微观组织图。

从图中可以看出呈颗粒状弥散分布的Al-RE相对合金产生的细晶强化和弥散强化作用是使合金力学性能获得明显提高的主要原因。

具体实施方式

实施例1AM60+YErHo(Y＝0.3％，Er＝0.1％，Ho＝0.1％)压铸镁合金AM60+YErHo(Y＝0.3％，Er＝0.1％，Ho＝0.1％)压铸镁合金制备方法如下：

1、制备镁-富钇中间合金：按镁为80％、稀土为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-富钇中间合金锭。熔炼过程中通入SF₆∶CO₂体积比为1∶200的保护气体。制备所用的特殊富钇稀土为普通富钇稀土提取Eu、Dy、Tb、Lu等高价元素后剩余的廉价富钇稀土。

2、制备高强耐蚀Mg-Al-Mn压铸镁合金：按AM60镁合金为97.5％、镁-富钇中间合金为2.5％的质量关系配料，AM60合金锭预热到200℃，放入铸铁坩锅加热，坩埚预热到300℃，并通入SF₆∶CO₂体积比为1∶200的保护气体，待镁合金完全熔化、熔体温度达到720℃时加入镁-富钇中间合金，镁-富钇中间合金预热到200℃；当镁-富钇中间合金完全熔化，温度升至740℃时，通氩气精炼搅拌10分钟，然后静置30分钟，待熔体温度下降至700℃时，在冷室压铸机上进行压铸，得到含富钇稀土的高强耐蚀压铸镁合金。

所制得合金化学组成按质量百分比为：

Al	Mn	Y	Er	Ho	Fe	Cu	Si	Ni	Mg
Al	Mn	Y	Er	Ho	Fe	Cu	Si	Ni	Mg	6.3	0.4	0.3	0.1	0.1	≤0.005	≤0.02	≤0.01	≤0.001	余量

按前述工艺步骤制备的含富钇稀土高强耐蚀Mg-Al-Mn压铸镁合金，合金性能见表1和表2。

实施例2AM60+YErHo(Y＝0.8％，Er＝0.1％，Ho＝0.05％)压铸镁合金

AM60+YErHo(Y＝0.8％，Er＝0.1％，Ho＝0.05％)压铸镁合金按如下质量百分比配料：AM60镁合金为95％、镁-富钇中间合金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	Y	Er	Ho	Fe	Cu	Si	Ni	Mg
Al	Mn	Y	Er	Ho	Fe	Cu	Si	Ni	Mg	6	0.3	0.8	0.1	0.05	≤0.005	≤0.02	≤0.01	≤0.001	余量

实施例3AM60+YErHo(Y＝1.3％，Er＝0.15％，Ho＝0.1％)压铸镁合金

AM60+YErHo(Y＝1.3％，Er＝0.15％，Ho＝0.1％)按如下质量百分比配料：AM60镁合金为92％、镁-富钇中间合金8％。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	Y	Er	Ho	Fe	Cu	Si	Ni	Mg
Al	Mn	Y	Er	Ho	Fe	Cu	Si	Ni	Mg	5.9	0.27	1.3	0.15	0.1	≤0.005	≤0.02	≤0.01	≤0.001	余量

例4AM60+YErHo(Y＝1.5％，Er＝0.1％，Ho＝0.1％)压铸镁合金

AM60+YErHo(Y＝1.5％，Er＝0.1％，Ho＝0.1％)按如下质量百分比配料：AM60镁合金为91％、镁-富钇中间合金9％。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	Y	Er	Ho	Fe	Cu	Si	Ni	Mg
Al	Mn	Y	Er	Ho	Fe	Cu	Si	Ni	Mg	5.8	0.27	1.5	0.1	0.1	≤0.005	≤0.02	≤0.01	≤0.001	余量

表1本发明实施例1、例2、例3、例4与AM60的室温力学性能比较表

表1结果指出：本发明合金的综合力学性能提升明显：抗拉强度提高40MPa(20％)、屈服强度提高20-27MPa(24％)、延伸率提升至7-10％。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结果指出：本发明合金的腐蚀速率比AM60合金降低了8-19倍，大大提高了实际应用的范围。

Claims

1. 一种含富钇稀土高强耐蚀Mg-Al-Mn压铸镁合金，其特征在于，其组成按质量百分比为Al为5.7％～6.3％，Mn为0.27％～0.4％，Y为0.3％～1.5％，Er为0.1％～0.15％，Ho为0.05％～0.1％，杂质元素Fe≤0.02％，Cu≤0.002％，Si≤0.01％，Ni≤0.001％，余量为镁；该合金由质量百分比为97％～9 1％的AM60镁合金和质量百分比为3％～9％的镁-富钇中间合金制成；所述的镁-富钇中间合金是由质量比为80％的镁与质量比为20％的特殊富钇稀土制成；所述的特殊富钇稀土为普通富钇稀土提取Eu、Dy、Tb、Lu等高价元素后剩余的廉价富钇稀土，特殊富钇稀土化学组成按质量百分比为Y：70％～90％，Er：5％～20％，Ho：1％～10％。

2. 如取利要求1所述的一种含富钇稀土高强耐蚀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)按质量配比为80％的镁锭和质量配比为20％的富钇混合稀土为原料，把镁锭和富钇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-富钇中间合金；熔炼过程中通入SF₆∶CO₂体积比为1∶200的保护气体，所述的富钇混合稀土为普通富钇稀土提取Eu、Dy、Tb、Lu等高价元素后的富钇稀土，其化学组成按重量百分比为Y：70％～90％，Er：5％～20％，Ho：1％～10％；

(2)按质量百分比为97％～91％的AM60镁合金和质量百分比为3％～9％的镁-富钇中间合金配料，把AM60镁合金预热到200℃，放入铸铁坩锅加热，坩埚预热到300℃，并通入SF₆∶CO₂体积比为1∶200的保护气体，待镁合金完全熔化、熔体温度达到720℃时加入镁-富钇中间合金，镁-富钇中间合金预热到200℃，镁-富钇中间合金完全熔化，温度升至740℃，通氩气精炼搅拌10分钟，然后静置30分钟，待熔体温度下降至700℃时，在冷室压铸机上进行压铸，得到一种含富钇稀土高强耐蚀Mg-Al-Mn压铸镁合金。