阅读说明：本技术 一种高含锶（Sr）量的镁合金及其制备方法 (Magnesium alloy with high strontium (Sr) content and preparation method thereof ) 是由 张娜 于 2020-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高含锶(Sr)量的镁合金及其制备方法,属于镁合金技术领域。该镁合金按质量百分比计,由以下组分组成：Sr：1～3％,Mn：0.15～0.4％,Al：5.9～6.2％,Zn：0.8～1.2％,杂质元素总量：<0.1％,余量为Mg。将合金熔体浇铸至铁制模具中,得到铸锭；将铸锭热处理后车削,去除表面氧化部分,加工为Φ70mm的合金棒材,挤压经过液氮冷却后得到Φ16mm的镁合金挤压棒,并在挤压棒上涂一层蛋白质。本发明所制得的镁合金在350℃挤压后的室温力学性能为：抗拉强度可达到260～307MPa,屈服强度可达到207～255MPa,延伸率可达到5～9.5％。该制备方法操作简单,成本低,有利于工业化生产。(The invention relates to a magnesium alloy with high strontium (Sr) content and a preparation method thereof, belonging to the technical field of magnesium alloys. The magnesium alloy comprises the following components in percentage by mass: sr: 1-3%, Mn: 0.15-0.4%, Al: 5.9-6.2%, Zn: 0.8-1.2%, total amount of impurity elements: < 0.1%, the balance being Mg. Casting the alloy melt into an iron mould to obtain a cast ingot; turning after heat treatment of the cast ingot, removing surface oxidation parts, processing into an alloy bar with the diameter phi of 70mm, extruding and cooling by liquid nitrogen to obtain a magnesium alloy extrusion bar with the diameter phi of 16mm, and coating a layer of protein on the extrusion bar. The room temperature mechanical properties of the magnesium alloy prepared by the invention after extrusion at 350 ℃ are as follows: the tensile strength can reach 260-307 MPa, the yield strength can reach 207-255 MPa, and the elongation can reach 5-9.5%. The preparation method is simple to operate, low in cost and beneficial to industrial production.)

一种高含锶(Sr)量的镁合金及其制备方法

技术领域

本发明属于镁合金技术领域，具体涉及一种高含锶(Sr)量的镁合金及其制备方法。

背景技术

锶(Sr)是一种重要的碱土金属元素，价格相对较低，在镁合金中虽然具有较小的固溶度，但对镁合金有细晶强化作用，且Sr引入的高熔点化合物可对镁合金晶界起到很好的强化作用，从而有效地改善镁合金的力学性能。此外，在镁合金中添加适量元素Sr，除了细化和变质合金的组织以外，还能改善合金的铸造性能、减少铸造缺陷的产生。

目前，由于镁合金在挤压前进行预热以及在挤压过程中的摩擦热，挤压后的挤压型材温度很高，这就会使镁合金的动态再结晶长大，严重影响了挤压型材的力学性能。而且挤压后的Mg-Sr合金放一段时间后表面很容易腐蚀，并且，由于蛋白质在镁及其合金表面可以形成蛋白质的吸附层，从而降低镁的腐蚀速率。

发明内容

鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种高含锶(Sr)量的镁合金；目的之二在于提高含高锶(Sr)镁合金的力学性能以及表面耐腐蚀性能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种高含锶(Sr)镁合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用井式电阻熔炼炉，当熔炉的温度达到500～600℃后，加入已预热的纯Mg并将其熔化，熔化后升温到700～750℃，然后加入已预热的Mg-25wt.％Sr、Mg-5wt.％Mn、纯Al以及纯Zn，待这些金属与合金熔化后升温至720～740℃，然后用C₂Cl₆精炼剂精炼处理3～5min，精炼完毕后搅拌、打渣并升温至740℃静置20～40min；此熔铸过程利用体积比为CO₂:SF₆＝20:1的混合气体保护，以防止合金液体氧化燃烧；把金属熔体浇铸至预热到250℃的钢制模具中，得到铸锭；

(2)将镁合金铸锭进行车削，去除表面氧化部分，加工为Φ70mm的合金棒材，然后在400～450℃下保温16～24小时，进行均匀化热处理；

(3)在挤压机上，以50cm/min的挤压速度挤压合金，得到Φ16mm的镁合金挤压棒材，挤压温度为350℃，挤压比为25:1。

(4)将挤压后的镁合金型材通过液氮进行冷却，并在型材表面涂一层蛋白质。

步骤(1)中，按质量百分比计，所述高含锶(Sr)镁合金铸锭由以下组分组成：Sr：1～3％，Mn：0.15～0.4％，Al：5.9～6.2％，Zn：0.8～1.2％，杂质元素总量：<0.1％，余量为Mg。

进一步：挤压后的镁合金型材通过液氮进行冷却，并在型材表面涂一层蛋白质。

进一步：上述步骤(3)中，在挤压过程中通入高纯氧气使镁合金表面氧化，纯氧可以获得一层极薄的高纯氧化镁层，能够降低合金本体与设备的摩擦力，还可以防止镁合金进一步氧化。

进一步：上述步骤(3)中，通入氧气的方法为采用高压氧气脉冲式通入的方式，使高压氧气以超声冲击的形式与镁合金相接触，可以改善镁合金组织，减少挤压过程中棒材的拉应力，从而可以有效减少镁合金挤压棒材中孔洞和裂纹。

2、所述的制备方法制备的高含锶(Sr)量镁合金

本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供了一种高含锶(Sr)镁合金及其制备方法，通过科学的合金化成分设计，配合适当的热处理工艺、挤压工艺，获得了综合性能高的Mg-Al-Zn-Mn-Sr镁合金。在室温条件下，该变形镁合金的抗拉强度可达到260～307MPa，屈服强度可达到207～255MPa，延伸率可达到5～9.5％。其中，Al是镁合金中最常用的合金元素，Al在Mg中主要表现了固溶强化及时效强化作用，Al在Mg中的溶解度随温度降低而下降，当合金凝固或时效处理时，过饱和固溶体中析出弥散、平衡的β-Mg₁₇Al₁₂强化相，提高镁合金的强度；Zn在镁中的最大溶解度为6.2(wt.)％，随温度降低，其固溶度随温度的降低而显著减少，至100℃时降为2％以下。当锌含量较小时(<l％时)，锌在镁中的作用一方面表现为自身的固溶强化；另一方面，少量的锌还可以增加铝在镁中的溶解度，提高铝的固溶强化作用。此外，Mg-Al合金中加入少量的Zn后能大大提高合金的抗蚀性。加入富集于晶粒表面和晶界位置的表面活性元素以填充晶界处的晶格空位，改善晶界附近的组织形态。向镁合金中添加Sr元素可以显著细化合金组织、提高组织均匀性、减少铸造缺陷；并且元素Sr在镁合金中的固溶度仅为0.11％，凝固过程中Sr被排挤到固液界面前沿，导致凝固界面的Sr含量较高，在镁合金中形成熔点很高的Al₄Sr相，其具有热稳定性，能够钉扎晶界，阻止晶界滑移，起到晶界强化的作用从而有效改善合金的综合力学性能。在镁合金中添加Mn元素的主要目的是提高合金的抗应力腐蚀倾向，从而提高耐蚀性能和改变合金的焊接性能。Mn能提高镁合金耐腐蚀性，主要因为一方面Mn的添加能提高了合金的电位，另一方面Mn可与合金中的Fe形成Alx(Fe,Mn)y化合物作为熔渣被排除，消除Fe对镁合金耐蚀性的有害影响。本发明中的制备方法简单易操作，只需常规设备，成本低，适合工业化生产。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为实施例1中高含锶(Sr)量镁合金挤压后剪切处的金相显微组织照片；

图2为实施例2中制备的高含锶(Sr)量镁合金的金相显微组织照片；

图3为实施例3中制备的高含锶(Sr)量镁合金的金相显微组织照片；

图4为实施例4中制备的高含锶(Sr)量镁合金的金相显微组织照片；

图5为实施例2、3、4中制备的高含锶(Sr)量镁合金的真应变和真应力曲线。

具体实施方式

下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1制备高含锶(Sr)量Mg-Al-Zn-Mn-Sr镁合金

(1)配料：高含锶(Sr)量镁合金铸锭，按质量百分比计，由以下组分组成：Sr含量为1％，Mn含量为0.4％，Al含量为6.2％，Zn含量为1.2％，余量为Mg，杂质元素总量<0.1％，余量为Mg。

(2)熔炼：采用井式电阻熔炼炉，当熔炉的温度达到500℃后，加入已预热的纯Mg并将其熔化，熔化后升温到700℃，然后加入已预热的Mg-25wt.％Sr、Mg-5wt.％Mn、纯Al以及纯Zn，待这些金属与合金熔化后升温至720℃，然后用C₂Cl₆精炼剂精炼处理3min，精炼完毕后搅拌、打渣并升温至740℃静置20min；此熔铸过程利用体积比为CO₂:SF₆＝20:1的混合气体保护，以防止合金液体氧化燃烧；把金属熔体浇铸至预热到250℃的钢制模具中，得到铸锭；

(3)挤压：将经步骤(2)得到的高含锶(Sr)量镁合金铸锭进行车削，去除表面氧化部分，加工为Φ70mm的镁合金棒，然后在400℃热处理24h，最后在温度为350℃，挤压比为25:1，经过液氮冷却后得到Φ16mm的镁合金挤压棒，并在挤压棒上涂一层蛋白质。金相显微组织如图1所示，可知，晶粒分布不均匀，几乎观察不到等轴晶粒。

实施例2制备高含锶(Sr)量Mg-Al-Zn-Mn-Sr镁合金

(1)配料：高含锶(Sr)量镁合金铸锭，按质量百分比计，由以下组分组成：Sr含量为2％，Mn含量为0.15％，Al含量为5.9％，Zn含量为0.8％，余量为Mg，杂质元素含量<0.1％，余量为Mg。

(2)熔炼：采用井式电阻熔炼炉，当熔炉的温度达到600℃后，加入已预热的纯Mg并将其熔化，熔化后升温到750℃，然后加入已预热的Mg-25wt.％Sr、Mg-5wt.％Mn、纯Al以及纯Zn，待这些金属与合金熔化后升温至740℃，然后用C₂Cl₆精炼剂精炼处理5min，精炼完毕后搅拌、打渣并升温至740℃静置40min；此熔铸过程利用体积比为CO₂:SF₆＝20:1的混合气体保护，以防止合金液体氧化燃烧；把金属熔体浇铸至预热到250℃的钢制模具中，得到铸锭；

(3)将经步骤(2)得到的高含锶(Sr)量镁合金铸锭进行车削，去除表面氧化部分，加工为Φ70mm的镁合金棒，然后在420℃下热处理20h，最后在温度为350℃，挤压比为25:1经过液氮冷却后得到Φ16mm的镁合金挤压棒，在挤压过程中通入高纯氧气使镁合金表面氧化，并在挤压棒上涂一层蛋白质。金相显微组织如图2所示，真应力应变曲线如图5中的2#所示。由图2可知，晶粒多数是细小均匀的等轴晶粒，与实施例1相比，其杂质数目较多，晶粒平均尺寸约为6.3μm。如图5中的2#可知，在2、3、4实施例中，其具有较高的抗拉强度、屈服强度及延伸率。

实施例3制备高含锶(Sr)量Mg-Al-Zn-Mn-Sr镁合金

(1)配料：高含锶(Sr)量镁合金铸锭，按质量百分比计，由以下组分组成：Sr含量为3％，Mn含量为0.2％，Al含量为6％，Zn含量为1％，余量为Mg，杂质元素含量<0.1％，余量为Mg。

(2)熔炼：采用井式电阻熔炼炉，当熔炉的温度达到545℃后，加入已预热的纯Mg并将其熔化，熔化后升温到745℃，然后加入已预热的Mg-25wt.％Sr、Mg-5wt.％Mn、纯Al以及纯Zn，待这些金属与合金熔化后升温至732℃，然后用C₂Cl₆精炼剂精炼处理4min，精炼完毕后搅拌、打渣并升温至740℃静置37min；此熔铸过程利用体积比为CO₂:SF₆＝20:1的混合气体保护，以防止合金液体氧化燃烧；把金属熔体浇铸至预热到250℃的钢制模具中，得到铸锭；

(3)挤压：将经步骤(2)得到的高含锶(Sr)量镁合金铸锭进行车削，去除表面氧化部分，加工为Φ70mm的镁合金棒，然后在450℃下热处理16h，最后在温度为350℃，挤压比为25:1下经过液氮冷却后得到Φ16mm的镁合金挤压棒，在挤压过程中通入高纯氧气使镁合金表面氧化，并在挤压棒上涂一层蛋白质。金相显微组织如图3所示。真应力应变曲线如图5中的3#所示。由图3可知，晶粒为等轴晶粒，与实施例1相比，其杂质数目最多，晶粒平均尺寸约为7.5μm。由图5中的3#可知，在第2、3、4实施例中，其具有最低的抗拉强度、屈服强度及延伸率。

实施例4制备高含锶(Sr)量Mg-Al-Zn-Mn-Sr镁合金

(1)配料：高含锶(Sr)量镁合金铸锭，按质量百分比计，由以下组分组成：Sr含量为1％，Mn含量为0.4％，Al含量为6.2％，Zn含量为1.2％，余量为Mg，杂质元素总量<0.1％，余量为Mg。

(2)熔炼：采用井式电阻熔炼炉，当熔炉的温度达到550℃后，加入已预热的纯Mg并将其熔化，熔化后升温到725℃，然后加入已预热的Mg-25wt.％Sr、Mg-5wt.％Mn、纯Al以及纯Zn，待这些金属与合金熔化后升温至730℃，然后用C2Cl6精炼剂精炼处理4min，精炼完毕后搅拌、打渣并升温至740℃静置30min；此熔铸过程利用体积比为CO₂:SF₆＝20:1的混合气体保护，以防止合金液体氧化燃烧；把金属熔体浇铸至预热到250℃的钢制模具中，得到铸锭；

(3)挤压：将经步骤(2)得到的高含锶(Sr)量镁合金铸锭进行车削，去除表面氧化部分，加工为Φ70mm的镁合金棒，然后在400℃热处理24h，最后在温度为350℃，挤压比为25:1，在挤压过程中通入氧气使镁合金表面氧化，通入氧气的方法为采用高压高纯氧气脉冲式通入的方式，经过液氮冷却后得到Φ16mm的镁合金挤压棒，并在挤压棒上涂一层蛋白质。金相显微组织如图2所示，真应力应变曲线如图5中的1#所示。由图1可知，晶粒分布比较均匀，为等轴晶粒，晶粒平均尺寸约为9.6μm。由图5中的1#可知，在四个实施例中，其具有最高的抗拉强度、屈服强度及延伸率。