專利名稱：：富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金的制作方法
技術領域：
：本發明涉及富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金，屬于金屬材料類領域。
背景技術：
：鎂是實際工程應用中最輕的工程金屬材料，具有比重輕、比強度及比剛度高、切削加工性好、導熱性好、電磁屏蔽能力強、減振性好和易于回收等一系列獨特的優點，能夠滿足現代交通領域、國防軍工、航空航天、3C產業、制造業等行業對減重、降耗、環保方面的要求，被譽為"21世紀的綠色工程材料"。然而傳統鎂合金因為高溫強度差、延伸率低、耐熱及抗蠕變性不好等缺點，無法滿足汽車、國防軍工、航空航天等領域對鎂合金擴大應用的要求。因此，稀土元素被引入到鎂合金當中，用來開發具有高強度耐熱抗蠕變性能的鎂合金。隨著現代工業對產品提出的輕量化和高強化要求，對鎂合金的需求越來越大。以AZ91為代表的Mg-Al系鎂合金具有優良的鑄造工藝性能、熱烈傾向小、成本低，成為應用最為廣泛的一種鑄造鎂合金。稀土作為微合金化或合金化元素能夠改善傳統鎂合金的強度、延伸率和耐熱抗蠕變性能已在國內外研究單位和生產廠家得到公認，所使用的稀土包括單一稀土(如Nd、Y、Gd)和混合稀土，目前使用最多的混合稀土之一為富釔混合稀土，主要成分為Y、Ho、Er。目前由于市場及工業需要，從富釔混合稀土中提取Eu、Dy、Tu、Lu高價元素后富釔稀土，剩余了大量廉價的富釔稀土不能得到充分利用。因此充分發揮富釔稀土的作用，對稀土的綜合利用和平衡發展具有重要意義。由于釔的獨特核外電子排布，對o、s和其他非金屬元素有較強的親和力，因此釔具有除雜(除氫和氧化物夾雜)凈化作用、在鎂合金中具有較高的固溶度和更好的細化合金組織的作用。現在，富釔混合稀土對鎂合金綜合性能的提升已經得到廣大研究者的認可。利用分離高價元素后的富釔稀土，在傳統鎂合金AZ91的基礎上提高合金的強度和延伸率、耐熱抗蠕變性能，發揮它的優勢，開發出新型高強耐熱抗蠕變鎂合金，有利于解決分離高價稀土后的富釔稀土資源大量積壓問題，緩解資源的產需矛盾、產銷不平衡的現狀。(加速稀土元素的平衡利用.稀土信息2007.06:12)
發明內容本發明目的針對目前傳統AZ91壓鑄鎂合金的不足方面，提供含富釔稀土的高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金。通過在AZ91合金的基礎之上，加入富釔混合稀土，改善合金的強度和延伸率、耐熱抗蠕變性能，與AZ91相比有了較明顯的提高，滿足未來鎂合金發展的需要。富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金的組成成分和質量百分比為:A1為8.5%9.5%，Zn為0.40.9%，Mn為0.2%0.6%，稀土為Y為0.1%1.5%，Er為0.01%0.15%,Ho為0.01%0.1%，雜質元素Fe《0.02%，Cu《0.002%，Si《0.01%，Ni《0.001X，余量為鎂；所用原材料為AZ91鎂合金，鎂_20%富釔中間合金，其中富釔為從富釔混合稀土中提取Eu、Dy、Tu、Lu高價元素后的富釔稀土，該富釔稀土的組成成分和質量百分比為Y為20%90%，Er為5%20%，化為1%10%。本發明富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金的制備方法，步驟和條件為按配比稱量原材料，將基合金預熱到20(TC，放入預熱到30(TC的坩鍋中，并通入SF6:C02體積比為1:100的SF6—C02保護氣體，待基合金完全熔化后，熔體溫度達到720。C74(TC時加入鎂一20^富釔中間合金，鎂一富釔中間合金預熱到200°C，然后邊攪拌邊通入SF6—C02保護氣體，直至加入的中間合金完全熔化；當溫度720740。C時通氬氣精煉攪拌510分鐘，然后靜置25-35分鐘，待熔體冷卻到68(TC70(TC時，在冷室壓鑄機上進行壓鑄生產，得到含富釔稀土的高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金；本發明有益效果(1)富釔稀土是本發明用于提高合金強度和耐熱抗蠕變性能的元素，其強化機理是一方面，由于細晶強化。因為稀土在鎂合金熔體中是表面活性元素，合金液凝固過程中，富釔稀土在固液界面前沿富集，提高成分過冷度，有助于細化合金組織；同時稀土元素與合金中的鋁結合生成AlnRE3和A12RE相，這些稀土相化合物主要彌散分布于晶界，減少和抑制了尺寸較大的M&Ali2相的生成和長大，從而提高了合金基體的強度和塑性。稀土相還能有效的釘扎晶界阻礙晶界滑移、抑制晶內的位錯攀移、使位錯運動阻力增加，可使位錯運動限制在一定范圍內，使塑性變化更加均勻，從而提高了合金的強度和塑性。(2)富釔稀土能夠除去鎂合金熔煉過程中熔體產生的雜質，達到除氣、除渣、凈化熔體的效果。合金熔煉時，富釔稀土在合金液表面聚集，與0、S、H、N等元素有很強的相互作用，生成產物REA、RE2S3、REH2、REN等，可使合金熔體中氣體含量降低16%，從而降低合金中有害氣體元素的危害性；在鎂合金中，氧化夾雜主要為MgO，由于稀土元素與O的親和力大于Mg與O的親和力，因此稀土加入鎂合金液后將生成稀土氧化物，降低MgO的含量，減少因產生MgO帶來的夾雜；稀土能夠降低金屬材料中微量金屬如Fe、Cu、Si、Ni等的危害作用，生成熔點較高的二元或多元化合物，這些化合物可成渣析出，也可作為強化項存在，使金屬夾雜物變質以及降低和去除其殘留在固態金屬中的危害性，綜合上述二方面稀土提高了AZ91鎂合金的抗蠕變性能。(3)所用富釔稀土原料為提取Eu、Dy、Tb、Lu高價元素后剩余的富釔稀土。從90年代到現在，國內外稀土專家對稀土應用不平衡問題給予極大的關注，影響稀土綜合利用和平衡發展的一個難題就是目前大量積壓的富釔稀土一直未得到大量應用，成為制約稀土綜合利用、平衡發展的瓶頸。本發明利用廉價富釔稀土開發的高強度耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金，一是為積壓的富釔稀土資源找到一個大用戶——極具發展潛力的鎂合金，有利于緩解稀土資源產銷不平衡問題，有利于諸多稀土元素的利用協調發展；二是降低了此類合金的成本，用廉價的富釔稀土取代含有Eu、Dy、Tb、Lu等髙價富釔混合稀土，從而使產品的成本降低50%，其次節省下緊缺的Eu、Dy、Tb、Lu等資源。而豐富的富釔稀土資源保證了該合金的可持續發展，有利于提高鎂合金產業的競爭力，促進稀土鎂合金又好又快的發展。圖1是本發明實施例1AZ91+YErHo(Y=0.8%,Er=0.1%，化=0.05%)合金的高溫抗蠕變曲線。(a)是100小時合金的蠕變伸長率；(b)是150°C，75MPa條件下蠕變速率曲線圖。具體實施例方式實施例1AZ91+YErHo(Y=0.8%，Er=0.1%，Ho=0.05%)合金富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金，組成成分和質量百分比為鋁9%，Zn:0.9%，錳0.2%,Y:0.8%，Er:0.l%，Ho:0.05%，雜質元素Fe《0.02%，Cu《0.002%，Si《0.01%,Ni《0.001%,余量為鎂;所用原材料為AZ91鎂合金，鎂一20%富釔中間合金，其中富釔為從富釔混合稀土中提取Eu、Dy、Tu、Lu高價元素后的富釔稀土，該富釔稀土的組成成分和質量百分比為Y為20%90%，Er為5X20X，Ho為1%10%。合金性能見表l。按配比稱量原材料，將基合金預熱到200°C，放入預熱到30(TC的鉗鍋中，并通入SFe:C02體積比為1:100的SF6-C02保護氣體，待基合金完全熔化后，熔體溫度達到72(TC74(TC時加入鎂一20%富釔中間合金，鎂一富釔中間合金預熱到20(TC，然后邊攪拌邊通入SF6—C02保護氣體，直至加入的中間合金完全熔化；當溫度720740。C時通氬氣精煉攪拌510分鐘，然后靜置25-35分鐘，待熔體冷卻到68(TC70(TC時，在冷室壓鑄機上進行壓鑄生產，得到含富紀稀土的高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金。實施例2AZ91+YErHo(Y=l.5%，Er二O.15%，Ho二O.1%)合金富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金，組成成分和質量百分比為鋁9%，Zn:0.9%，錳0.2%，Y:1.5%，Er:0.15%,Ho:0.1%，雜質元素Fe《0.02%，Cu《0.002%，Si《0.01%，Ni《0.001X，余量為鎂；所用原材料為AZ91鎂合金，鎂一20%富釔中間合金，其中富釔為從富釔混合稀土中提取Eu、Dy、Tu、Lu高價元素后的富釔稀土，該富釔稀土的組成成分和質量百分比為Y為20%~90%，Er為5X20X,Ho為1%10%。合金性能見表1。按配比稱量原材料，將基合金預熱到20(TC，放入預熱到30(TC的坩鍋中，并通入SF6:C02體積比為1:100的SF6—C02保護氣體，待基合金完全熔化后，熔體溫度達到720。C74(TC時加入鎂一20X富釔中間合金，鎂一富釔中間合金預熱到20(TC，然后邊攪拌邊通入SF6—C02保護氣體，直至加入的中間合金完全熔化；當溫度72074(TC時通氬氣精煉攪拌510分鐘，然后靜置25-35分鐘，待熔體冷卻到68(TC70(TC時，在冷室壓鑄機上進行壓鑄生產，得到含富釔稀土的高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金。實施例3AZ91+YErHo(Y=0.1%,Er=0.03%,Ho=0.01%)合金富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金，組成成分和質量百分比為鋁9%，Zn:0.9%，錳0.2%，Y:0.1%，Er:0.03%,Ho:0.01%，雜質元素Fe《0.02%，Cu《0.002%，Si《0.01%，Ni《0.001%，余量為鎂；所用原材料為AZ91鎂合金，鎂一20%富釔中間合金，其中富釔為從富釔混合稀土中提取Eu、Dy、Tu、Lu高價元素后的富釔稀土，該富釔稀土的組成成分和質量百分比為Y為20%90%，Er為5X20X，Ho為1%10%。合金性能見表l。按配比稱量原材料，將基合金預熱到200'C，放入預熱到30(TC的坩鍋中，并通入SF6:C02體積比為1:100的SF6—C02保護氣體，待基合金完全熔化后，熔體溫度達到72(TC74(TC時加入鎂一20X富釔中間合金，鎂一富釔中間合金預熱到20(TC，然后邊攪拌邊通入SFe—C02保護氣體，直至加入的中間合金完全熔化；當溫度72074(TC時通氬氣精煉攪拌510分鐘，然后靜置25-35分鐘，待熔體冷卻到68(TC70(TC時，在冷室壓鑄機上進行壓鑄生產，得到含富釔稀土的高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金。實施例4AZ91+YErHo(Y=l.2%，Er二O.12%，Ho二O.1%)合金富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金，組成成分和質量百分比為鋁9%，Zn:0.9%，錳0.2%，Y:1.2%，Er:0.12%，Ho:0.1%，雜質元素Fe《0.02%，Cu《0.002%，Si《0.01%，Ni《0.001%，余量為鎂；所用原材料為AZ91鎂合金，鎂一20%富釔中間合金，其中富釔為從富釔混合稀土中提取Eu、Dy、Tu、Lu高價元素后的富釔稀土，該富釔稀土的組成成分和質量百分比為Y為20%~90%，Er為5%20%，化為1%10%。合金性能見表l。按配比稱量原材料，將基合金預熱到200°C，放入預熱到30(TC的鉗鍋中，并通入SFe:C02體積比為1:100的SF6-C02保護氣體，待基合金完全熔化后，熔體溫度達到72(TC74(TC時加入鎂一20X富釔中間合金，鎂一富釔中間合金預熱到20(TC，然后邊攪拌邊通入SF6—C02保護氣體，直至加入的中間合金完全熔化；當溫度72074(TC時通氬氣精煉攪拌510分鐘，然后靜置25-35分鐘，待熔體冷卻到680。C70(TC時，在冷室壓鑄機上進行壓鑄生產，得到含富釔稀土的高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表l是本發明實施例l、例2、例3、例4的合金與AZ9l的室溫力學性能比較。權利要求1、富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金，其特征在于，組成成分和質量百分比為Al為8.5％～9.5％，Zn為0.4～0.9％，Mn為0.2％～0.6％，稀土為Y為0.1％～1.5％，Er為0.01％～0.15％，Ho為0.01％～0.1％，雜質元素Fe≤0.02％，Cu≤0.002％，Si≤0.01％，Ni≤0.001％，余量為鎂；所用原材料為AZ91鎂合金，鎂—20％富釔中間合金，其中富釔為從富釔混合稀土中提取Eu、Dy、Tu、Lu高價元素后的富釔稀上，該富釔稀土的組成成分和質量百分比為Y為20％～90％，Er為5％～20％，Ho為1％～10％。2、如權利要求1所述的富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金，其特征在于，組成成分和質量百分比為鋁9%，Zm0.9%，錳0.2%，Y:0.8%，Er:O.1%，Ho:0.05%，雜質元素Fe《0.02%，Cu《0.002%，Si《0.01%，Ni《0.001%，佘量為鎂。3、如權利要求1所述的富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金，其特征在于，組成成分和質量白分比為鋁9%，Zm0.9%,錳0.2%,Y:1.5%，f^:0.15%,Ho:0.1%，雜質元素Fe《0.02%,Cu《0.002%，Si《0.01%，Ni《0.001%，余量為鎂。4、如權利要求1所述的富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金，其特征在于，組成成分和質量百分比為鋁9%，Zn:0.9%，錳0.2%，Y:0.1%，Er:0.03%，Ho:0.01%,雜質元素Fe《0.02%，Cu《0.002%，Si《0.01%，Ni《Q.001%，余量為鎂。5、如權利要求1所述的富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金，其特征在于，組成成分和質量百分比為鋁9%，Zn:0.9%，錳0.2%，Y:1.2%，Er:O.12%，Ho:O.1%，雜質元素Fe《().()2%，Cu《0.002%，Si《0.01%,NKO.001%，余量為鎂。全文摘要本發明涉及富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金。針對現有的AZ91鎂合金強度較低、高溫抗蠕變能力低、耐熱性差等問題，研制出富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金。其組成為Al為8.5％～9.5％，Zn為0.4～0.9％，Mn為0.2％～0.6％，稀土為Y為0.1％～1.5％，Er為0.01％～0.15％，Ho為0.01％～0.1％，雜質元素Fe≤0.02％，Cu≤0.002％，Si≤0.01％，Ni≤0.001％，余量為鎂。所用稀土原材料為混合稀土提取Eu、Dy、Tb、Lu等高價元素后所剩余的大量廉價富釔稀土。充分利用了現有閑置的稀土資源，富釔稀土高強耐熱抗蠕變壓鑄鎂合金的室溫和高溫力學性能優于AZ91合金，150℃，75MPa條件下最小蠕變速率為1.53×10<sup>-9</sup>s<sup>-1</sup>，100小時蠕變伸長率為0.22％。文檔編號C22C23/02GK101469387SQ20071030666公開日2009年7月1日申請日期2007年12月29日優先權日2007年12月29日發明者唐定驤,偉孫,健孟,張德平,張景懷,張洪杰,房大慶,政田,魯化一申請人:中國科學院長春應用化學研究所