專利名稱：一種含稀土耐熱鎂合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種含稀土耐熱鎂合金，特別是涉及一種含鈰、鑭以及釹的Mg-Al-RE系耐熱壓鑄鎂合金，屬于鎂合金材料技術領域。
背景技術：
近年來，隨著汽車輕量化，以及環保和節能的要求，Mg-Al基輕質壓鑄鎂合金在汽車上得到了推廣應用。然而與鋁合金相比，鎂合金的高溫性能較差。目前廣泛應用的AZ.AM系列壓鑄鎂合金長期使用溫度不能超過120°C，無法用于對高溫蠕變性能要求高的汽車動力系統部件，因此極大的阻礙了鎂合金的進一步應用。目前開發的添加堿土元素的耐熱鎂合金Mg-Al-Ca (AX)系和和Mg-Al-Sr (AJ)合金存在著熱裂敏感性高，合金塑性較差等缺點。添加稀土元素可以顯著提高鎂合金耐熱性能，國內外已經進行了大量的開發與研究工作，然而目前開發的含稀土耐熱鎂合金主要是采用純稀土或是鎂稀土二元中間合金來實 現稀土合金化，隨著國際市場稀土價格的不斷攀升，添加稀土的鎂合金成本不斷上升，使其應用成本不斷增加，限制了其廣泛應用。

發明內容
本發明的目的在于提供一種含稀土耐熱鎂合金，其采用已經分離Nd和Pr后的鈰鑭混合稀土 (其成分為稀土鈰和鑭)作為合金化的主要原料，可顯著降低稀土鎂合金應用成本，同時輔以添加少量的釹，以實現良好的抗高溫蠕變性能；該合金具有成本低，性能優良的特點，可在180°C /80MPa條件下可長期工作。本發明的技術方案是這樣實現的一種含稀土耐熱鎂合金，其特征在于按質量百分比Wt%由以下化學成份組成A1 3. 5-4. 4，RE :5. 5-6. 4，Mn :0. 17-0. 28，其余為鎂。所述的RE元素為鈰，鑭和釹。所述的RE元素的添加即可以采用鈰鑭混合稀土和釹稀土的方式加入，也可以采用鎂-鈰鑭釹中間合金加入，或是采用鎂-鈰鑭中間合金和稀土釹的方式加入。所述的RE元素為鈰鑭稀土合金，其采用的原料為分離Nd和Pr后的鈰鑭混合稀土，其鈰鑭的重量百分比為(35-40) : (60-55)。所述的RE元素為鋪鑭混合稀土和釹稀土,其重量百分比為Ce La Nd= (35-40):(60-55) :5。本發明合金的制備方法為首先按成分配比稱料，將純鎂、鋁、鋁錳中間合金和鎂-鈰鑭釹中間合金(或鈰鑭稀土和純釹)預熱到200°C，然后將純鎂、鋁、鋁錳中間合金放入預熱到300°C的坩鍋中，待溫度上升至450°C通入SF6和N2混合保護氣體，混合氣體體積比為SF6和N2=(3-5): (997-995)。待加入的爐料完全熔化后，熔體溫度達到720V 740°C時加入鎂-鈰鑭釹中間合金或是鈰鑭稀土和純釹，并繼續通保護氣體，待加入合金熔化后，熔體溫度至720 740V時攪拌5 10分鐘，然后通氬氣精煉5 10分鐘，精煉后靜置40分鐘，將熔體冷卻到680 0C 700 0C，采用連續鑄錠機進行鑄錠澆注。
本發明的積極效果鋁是鎂合金中主要合金元素，適量的鋁能夠使合金獲得良好的鑄造工藝性能，使本發明合金能夠適合工業化批量生產；鈰鑭混合稀土和釹是本發明用于提高合金強度和耐熱性能的元素，其強化機理是一方面，稀土與鎂合金中的鋁結合生成Al11 (Ce, La) 3和Al2Nd,抑制了熱穩定性差的Mg17Al12相，有利于提高合金的高溫性能；另一方面，Al11 (Ce，La) 3和Al2Nd具有很高的熔點，這些析出相彌散于晶界處，現出很高的熱穩定性，可有效的釘扎住晶界阻礙晶界滑移，抑制晶內的位錯攀移；另外鈰鑭混合稀土稀土能夠除去熔煉時鎂合金熔體中的雜質，達到除氣精煉、凈化熔體的效果。
錳的作用主要是提高合金的耐腐蝕性能，錳可與鎂合金中鐵或其他重金屬元素形成化合物，使其作為熔渣被排除，從而消除鐵或其他重金屬元素對鎂合金耐蝕性的有害影響。本發明應用的鈰鑭混合稀土或是鎂-稀土中間合金是采用將普通富鈰混合稀土中價值高的Nd、Pr分離出去剩余的低成本的鈰鑭混合稀土，將此類稀土繼續分析提純工藝成本較高，因此這種鈰鑭混合稀土一直積壓未得到大量應用，成為制約稀土綜合利用及平衡發展，鈰鑭稀土和純釹在鎂合金中的復合添加應用即降低了鎂合金的生產成本又實現了稀土資源的綜合利用，有利于提高高性能鎂合金的競爭能力。


圖I為本發明實施例I合金的顯微組織。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步的描述
實施例I
如圖I所示，由顯微組織可見，添加稀土后，晶界處的熱穩定性差的Mgl7A112相被顯著抑制，稀土與鎂合金中的鋁結合生成Al11 (Ce, La) 3和Al2Nd主要分布在晶界和晶粒內部。采用鈰鑭稀土和純釹制備含稀土耐熱鎂合金，重量50Kg，合金化學成分如表I所示
表I采用鈰鑭稀土和純釹制備含稀土耐熱鎂合金化學成分(Wt%) aT Ire Ire 比例|Mn [Mg
~0\2,. 8|ce La Nd=35:60:5 丨0. 28 |余量
制備過程如下
(1)原料準備鎂錠，重量44.90kg ;Al錠,重量1.07kg;鋪鑭稀土,重量I. 80kg ;釹稀土重量0. 09kg ；Al-13%Mn中間合金，重量I. 07kg ；
(2)預處理將鎂錠、鋁、鋁錳中間合金和鈰鑭稀土和釹稀土預熱到200°C；
(3)熔煉啟動電阻熔煉爐，將純鎂、鋁、鋁錳中間合金放入預熱到300°C的坩鍋中，待溫度上升至450°C通入SF6和N2混合保護氣體，混合氣體體積比為SF6和N2=3 :997。待加入的爐料完全熔化后，熔體溫度達到720V 740°C時加入鈰鑭稀土和純釹，并繼續通保護氣體，待加入合金熔化后，熔體溫度至720 740°C時攪拌5 10分鐘，然后通氬氣精煉5 10分鐘，開始熔煉，熔體溫度控制在750-850°C，至原料完全熔化，均勻混合；
(4)澆注鑄錠靜置40分鐘，將熔體冷卻到680°C 700°C，采用自動澆注泵和連續鑄錠機進行鑄錠燒注，制備鑄錠。
實施例2
采用鎂-鈰鑭釹中間合金制備含稀土耐熱鎂合金，重量lOOKg，合金化學成分如表I所
示
表2采用鎂-鈰鑭釹中間合金制備含稀土耐熱鎂合金化學成分(Wt%)
Al[RE [RE 比例|Mn [Mg '
4.0|4.2|ce La Nd=40:55:5 |o.2d|余量-
制備過程如下
(1)原料準備鎂錠，重量74.80kg ;鋁錠，重量2. 66kg ;鎂_20%(鈰鑭釹)稀土中間 合金(稀土重量比例，Ce :La :Nd=40:55:5)，重量21. OOkg ;Al_13%Mn中間合金，重量
I.54kg ；
(2)預處理將鎂錠、鋁錠、鋁錳中間合金和鎂-20%(鈰鑭釹)稀土中間合金預熱到200 0C ；
(3)熔煉啟動電阻熔煉爐，將純鎂、鋁、鋁錳中間合金放入預熱到300°C的坩鍋中，待溫度上升至450°C通入SF6和N2混合保護氣體，混合氣體體積比例為SF6 N2=4 :996。待加入的爐料完全熔化后，熔體溫度達到720V 740°C時加入鎂_20%(鈰鑭釹)稀土中間合金，并繼續通保護氣體，待加入合金熔化后，熔體溫度至720 740°C時攪拌5 10分鐘，然后通氬氣精煉5 10分鐘，開始熔煉，熔體溫度控制在750-850°C，至原料完全熔化，均勻混合；
(4)澆注鑄錠靜置40分鐘，將熔體冷卻到680°C 700°C，采用自動澆注泵和連續鑄錠機進行鑄錠燒注，制備鑄錠。實施例3:
采用鎂-鈰鑭釹中間合金和釹稀土制備含稀土耐熱鎂合金，重量lOOKg，合金化學成分如表I所示
表3采用鎂_鋪鑭釹中間合金和釹稀土制備含稀土耐熱鎂合金化學成分(Wt%)
IT Ire Ire 比例|Mn [Mg
n|3. 9|ce La Nd=38:57:5 |o. 25 |余量
制備過程如下
(1)原料準備鎂錠，重量77.46kg ;鋁錠，重量I. 89kg ;鎂-20%(鈰鑭)稀土中間合金(稀土重量比例，Ce =La =38:57)，重量18. 53kg ;釹稀土，重量0. 20 kg ;Al_13%Mn中間合金，重量 I. 92kg ；
(2)預處理將鎂錠、鋁錠、鋁錳中間合金、鎂_20%(鈰鑭)稀土中間合金和釹稀土預熱到 200。。；
(3)熔煉啟動電阻熔煉爐，將純鎂、鋁、鋁錳中間合金放入預熱到300°C的坩鍋中，待溫度上升至450°C通入SF6和N2混合保護氣體，混合氣體體積比例為SF6 N2=4 :996。待加入的爐料完全熔化后，熔體溫度達到720V 740°C時加入鎂-20%(鈰鑭)稀土中間合金和釹稀土，并繼續通保護氣體，待加入合金熔化后，熔體溫度至720 740°C時攪拌5 10分鐘，然后通氬氣精煉5 10分鐘，開始熔煉，熔體溫度控制在750-850°C，至原料完全熔化，均勻混合；
(4)澆注鑄錠靜置40分鐘，將熔體冷卻到680°C 700°C，采用自動澆注泵和連續鑄錠機進行鑄錠燒注，制備鑄錠。
表4本發明實施例室溫力學性能與AE44的比較
權利要求
1.一種含稀土耐熱鎂合金，其特征在于按質量百分數Wt%計算由以下化學成分組成A1 3. 5-4. 4，RE :5. 5-6. 4，Mn :0. 17-0. 28，其余為鎂。
2.根據權利要求I所述的一種含稀土耐熱鎂合金，其特征在于所述的RE元素為鈰，鑭和釹。
3.根據權利要求I所述的一種含稀土耐熱鎂合金，其特征在于RE元素為鈰鑭混合稀土和釹稀土，或鎂-鋪鑭釹中間合金，或鎂-鋪鑭中間合金和稀土釹。
4.根據權利要求I所述的一種含稀土耐熱鎂合金，其特征在于RE元素的鈰鑭稀土合金化采用的原材料為分離Nd和Pr后的鈰鑭混合稀土，其鈰鑭的重量百分比為(35-40):(60-55)。
5.根據權利要求I所述的一種含稀土耐熱鎂合金，其特征在于RE元素的鈰鑭混合稀土和釹稀土重量百分比為 Ce La =Nd= (35-40) : (60-55) :5。
全文摘要
本發明涉及一種含稀土耐熱鎂合金，其特征在于按質量百分數wt％計算由以下化學成分組成Al3.5-4.4，RE5.5-6.4，Mn0.17-0.25；其中RE為鈰，鑭和釹，其重量比例為CeLaNd=(35-40):(60-55):5。其合金的室溫和高溫力學性能優于AE44合金，可在180℃/80MPa條件下長期工作，該合金在180℃/80MPa條件下最小蠕變速率不大于1.7×10-9s-1,100h最大蠕變伸長量不大于為0.17%，可以用于自動變速箱殼體等對材料高溫蠕變性能要求較高的部件的制造。
文檔編號C22C23/06GK102776427SQ20121029407
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月17日 優先權日2012年8月17日
發明者劉海峰, 孟健, 崔曉鵬, 趙海東, 郭郁 申請人:臨江市東鋒有色金屬股份有限公司