专利摘要

本发明公开了一种抗高温蠕变镁铝合金，按照质量百分比由以下原料组分构成：Nd0.5％～1.5％，Gd0.5％～1.5％，Al6％，其余为Mg，上各原料含量的总和应为100％；本发明还公开了该抗高温蠕变镁铝合金的制备方法：将熔炼所需工具和原材料置于预热炉中预热；将预热后的原材料进行熔炼；对合金液进行超声处理后浇铸；将合金铸锭在钼丝真空炉中进行分级固溶处理和时效处理，得到抗高温蠕变镁铝合金。本发明的有益效果为：有效地提高了Mg‑Al系合金的抗蠕变性能，降低了合金的制备成本，采用超声处理，氩气保护气氛，替代了传统精炼工艺，有效避免了合金熔炼过程中有害气体的排放，对环境更加的友好。

权利要求

1.一种抗高温蠕变镁铝合金的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将熔炼所需工具涂上干燥涂料置于预热炉中保温烘干，将纯镁锭、铝锭以及中间合金Mg-Gd，Mg-Nd置于预热炉中预热；

步骤2、将预热后的纯镁锭、铝锭以及中间合金Mg-Gd，Mg-Nd在保护气氛下进行熔炼，加入覆盖剂，搅拌得到均匀的合金液；

步骤3、在保护气氛下，对合金液进行超声处理后浇铸至金属模具中，得到合金铸锭；

步骤4、将合金铸锭在真空钼丝炉中进行分级固溶处理和时效处理，得到抗高温蠕变镁铝合金，抗高温蠕变镁铝合金按照质量百分比由以下原料组分构成：Nd 0.5%~1.5%，Gd0.5%~1.5%，Al 6%，其余为Mg，上各原料含量的总和应为100%；

所述Nd、Gd的质量百分比之和不大于2.5%；

所述步骤1中：干燥涂料为ZnO涂料，质量百分比分别为：65%水、5%水玻璃、30%氧化锌；烘干温度为200~210℃，保温时长为2~2.5h；预热温度为200~210℃，保温时长为2~2.5h；

所述步骤2中：覆盖剂为RJ-2覆盖剂，质量百分比为：3%~5%CaF2、32%~40%KCL、5%~8%BaCl2、38%~46%MgCl2；

所述步骤2中：Mg-Gd，Mg-Nd中间合金为Mg-30%Gd，Mg-30%Nd；

所述步骤2中：保护气为氩气，熔炼温度为700~720℃，并保温25~40min；搅拌方式为机械搅拌，搅拌时间为5~10min；

所述步骤3中：超声处理频率为25kHz，处理功率为500~560W；超声探头伸入镁合金液液面以下30~50mm之间；

所述步骤3中：金属模具预热温度为200~210℃；浇铸温度为600~650℃；

所述步骤4中：钼丝真空炉中真空环境为3.8~4.0×10-3Pa，固溶处理第一阶段温度为300~350℃，保温时长为2~4h，固溶处理第二阶段温度为410~430℃，保温时长为16~20h；时效处理温度为200~220℃，保温时长为20~24h。

说明书

技术领域

本发明属于镁铝合金技术领域，具体涉及一种抗高温蠕变镁铝合金，本发明还涉及上述抗高温蠕变镁铝合金的制备方法。

背景技术

镁铝合金由于其具有密度低，比强度和比刚度高、导电性和散热性良好，电磁屏蔽性能好等特点，使其在众多领域都具有非常广阔的应用前景，特别是在汽车轻量化方面具有难以替代的优势。但汽车用压铸Mg-Al系合金零部件的工作温度超过120℃时蠕变抗力急剧下降，无法直接应用于发动机活塞、发动机气缸、变速箱等。

镁铝合金的高温蠕变性能较弱的原因主要有两个方面，一是随着温度的升高，镁合金中发生非基面位错滑移形成交滑移，同时出现由扩散引起的位错攀移，这使得压铸镁合金抗蠕变性能下降；二是分布在晶界上的共晶沉淀相Mg₁₇Al₁₂熔点(437℃)低，在高温条件下极易软化、粗化，无法钉扎晶界，导致晶界滑移。

向镁铝合金中添加稀土元素是目前主要用来改善镁铝合金抗蠕变性能的方法，加入到镁铝合金中的稀土元素Nd、Gd、Y、Ce等，能够在镁铝合金中产生优异的固溶强化和时效强化作用，同时它们也能与镁铝合金中的铝元素结合，生成高熔点化合物的同时，减少软化相Mg₁₇Al₁₂的生成，从而大幅提高镁合金的抗蠕变性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗高温蠕变镁铝合金，解决了现有技术中存在的镁铝合金高温抗蠕变性能差的问题。

本发明的另一目的是提供上述抗高温蠕变镁铝合金的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种抗高温蠕变镁铝合金，按照质量百分比由以下原料组分构成：

Nd 0.5％～1.5％，Gd 0.5％～1.5％，Al 6％，其余为Mg，上述各原料含量的总和应为100％。

本发明的特点还在于：

Nd、Gd的质量百分比之和不大于2.5％。

本发明所采用的另一种技术方案是，一种抗高温蠕变镁铝合金的制备方法具体按照以下步骤实施：

步骤1、将熔炼所需工具涂上干燥涂料置于预热炉中保温烘干，将纯镁锭、铝锭以及中间合金Mg-Gd，Mg-Nd置于预热炉中预热；

步骤2、将预热后的纯镁锭、铝锭以及中间合金Mg-Gd，Mg-Nd在保护气氛下进行熔炼，加入覆盖剂，搅拌得到均匀的合金液；

步骤3、在保护气氛下，对合金液进行超声处理后浇铸至金属模具中，得到合金铸锭；

步骤4、将合金铸锭在真空钼丝炉中进行分级固溶处理和时效处理，得到抗高温蠕变镁铝合金，抗高温蠕变镁铝合金按照质量百分比由以下原料组分构成：Nd 0.5％～1.5％，Gd 0.5％～1.5％，Al 6％，其余为Mg，上述各原料含量的总和应为100％。

本发明另一技术方案的特点还在于：

步骤1中：干燥涂料为ZnO涂料，质量百分比分别为：65％水、5％水玻璃、30％氧化锌；烘干温度为200～210℃，保温时长为2～2.5h；预热温度为200～210℃，保温时长为2～2.5h。

步骤2中：覆盖剂为RJ-2覆盖剂，质量百分比为：3％～5％CaF₂、32％～40％KCL、5％～8％BaCl₂、38％～46％MgCl₂。

步骤2中：Mg-Gd，Mg-Nd中间合金为Mg-30％Gd，Mg-30％Nd。

步骤2中：保护气为氩气，熔炼温度为700～720℃，并保温25～40min；搅拌方式为机械搅拌，搅拌时间为5～10min。

步骤3中：超声处理频率为25kHz，处理功率为500～560W；超声探头伸入镁合金液液面40mm以下。

步骤3中：金属模具预热温度为200～210℃；浇铸温度为600～650℃。

步骤4中：钼丝真空炉中真空环境为3.8～4.0×10^-3Pa，固溶处理第一阶段温度为300～350℃，保温时长为2～4h，固溶处理第二阶段温度为410～430℃，保温时长为16～20h；时效处理温度为200～220℃，保温时长为20～24h。

本发明的有益效果是：本发明的抗蠕变镁铝合金制备方法，通过在镁铝合金中添加微量稀土元素Nd和Gd，并对熔炼铸造及热处理工艺进行改进，有效地提高了Mg-Al系合金的抗蠕变性能，降低了合金的制备成本，采用超声处理，氩气保护气氛，替代了传统精炼工艺，有效避免了合金熔炼过程中有害气体的排放，对环境更加的友好。

附图说明

图1是本发明一种抗高温蠕变镁铝合金及其制备方法所采用的电磁感应炉示意图；

图2是本发明一种抗高温蠕变镁铝合金及其制备方法高温蠕变测试所采用的压缩装置图。

图中，1.搅拌杆，2.可拉伸盖口，3.氩气管道，4.超声探头，5.载荷施加装置6.位移传感器，7.数据处理终端，8.保温炉，9.热电偶。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种抗高温蠕变镁铝合金，按照质量百分比由以下原料组分构成：Nd 0.5％～1.5％，Gd 0.5％～1.5％，Al 6％，其余为Mg，上述各原料含量的总和应为100％。

其中，Nd、Gd的质量百分比之和不大于2.5％。

本发明一种抗高温蠕变镁铝合金的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将熔炼所需工具涂上干燥涂料置于预热炉中保温烘干，将纯镁锭、铝锭以及中间合金Mg-Gd，Mg-Nd置于预热炉中预热；

步骤2、将预热后的纯镁锭、铝锭以及中间合金Mg-Gd，Mg-Nd在保护气氛下进行熔炼，加入覆盖剂，搅拌得到均匀的合金液；

步骤3、在保护气氛下，对合金液进行超声处理后浇铸至金属模具中，得到合金铸锭；

步骤4、将合金铸锭在真空钼丝炉中进行分级固溶处理和时效处理，得到抗高温蠕变镁铝合金，抗高温蠕变镁铝合金按照质量百分比由以下原料组分构成：Nd 0.5％-1.5％，Gd 0.5％-1.5％，Al 6％，其余为Mg，上各原料含量的总和应为100％。

步骤1中，干燥涂料为ZnO涂料，质量百分比分别为：65％水、5％水玻璃、30％氧化锌；烘干温度为200～210℃，保温时长为2～2.5h；预热温度为200～210℃，保温时长为2～2.5h。

步骤2中，覆盖剂为RJ-2覆盖剂，质量百分比为：3％～5％CaF₂、32％～40％KCL、5％～8％BaCl₂、38％～46％MgCl₂。

步骤2中，Mg-Gd，Mg-Nd中间合金为Mg-30％Gd，Mg-30％Nd。

步骤2中，保护气为氩气，熔炼温度为700～720℃，并保温25～40min；搅拌方式为机械搅拌，搅拌时间为5～10min。

步骤3中，超声处理频率为25kHz，处理功率为500～560W；超声探头伸入镁合金液液面以下30-50mm之间。

步骤3中，金属模具预热温度为200～210℃；浇铸温度为600～650℃。

步骤4中，真空钼丝炉中真空环境为3.8～4.0×10^-3Pa，固溶处理第一阶段温度为300～350℃，保温时长为2～4h，固溶处理第二阶段温度为410～430℃，保温时长为16～20h；时效处理温度为200～220℃，保温时长为20～24h。

实施例1

一种抗高温蠕变镁铝合金，按照质量百分比由以下原料组分构成：1％Nd，0.5％Gd，6％Al，其余为Mg，上述各原料含量的总和应为100％。

其制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将熔炼所需的搅拌工具、模具涂上氧化锌涂料于200℃预热炉中保温2.5h，中间合金Mg-Nd、Mg-Gd以及纯镁锭、铝锭于200℃预热炉中保温2.5h。

步骤2、将预热后的纯镁锭、铝锭以及中间合金Mg-Gd，Mg-Nd放入如图1所示电磁感应炉进行熔炼，加入RJ-2覆盖剂的同时通过氩气管道3通入氩气进行保护，防止镁合金氧化燃烧，在700℃保温40min后，打开可拉伸盖口2，将搅拌杆1插入坩埚中进行机械搅拌5min后取出，关闭盖口，得到均匀的镁合金液

其中，覆盖剂为RJ-2覆盖剂，质量百分比为：3％～5％CaF₂、32％～40％KCL、5％～8％BaCl₂、38％～46％MgCl₂；Mg-Gd，Mg-Nd中间合金为Mg-30％Gd，Mg-30％Nd。

步骤3、在氩气气氛保护下，断电静置待镁合金液降至640℃时，将超声探头4从可拉伸盖口2伸入合金液液面以下30～50mm之间进行功率为500W的超声处理，超声处理的同时合金液随炉冷却，待合金液温度降至600℃时停止施加超声波，浇铸到预热至200℃的碳钢模具中，得到合金铸锭。

步骤4、将合金铸锭放入真空钼丝炉内，打开机械泵抽真空30min，待炉内压力小于4×10⁰Pa时，打开扩散泵，继续抽真空至3.8～4.0×10^-3Pa，加热钼丝炉至350℃保温4h后，再次升温至410℃保温20h，升温结束后，关闭扩散泵，对炉内充气至气压小于0.1Pa，打开放气阀泄压，取出合金铸锭，在40℃的水中水冷；时效处理温度为200℃保温20h，在空气中冷却后得到抗高温蠕变镁铝合金。

实施例2

一种抗高温蠕变镁铝合金，按照质量百分比由以下原料组分构成：0.5％Nd，1.5％Gd，6％Al，其余为Mg，上述各原料含量的总和应为100％。

其制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将熔炼所需的搅拌工具、模具涂上氧化锌干燥剂于205℃预热炉中保温2.2h，中间合金Mg-Nd、Mg-Gd以及纯镁锭、铝锭于205℃预热炉中保温2.2h。

步骤2、将预热后的纯镁锭、铝锭以及中间合金Mg-Gd，Mg-Nd放入如图1电磁感应炉进行熔炼，加入RJ-2覆盖剂的同时通过氩气管道3通入氩气进行保护，防止镁合金氧化燃烧，在710℃保温35min后，打开可拉伸盖口2，将搅拌杆1插入坩埚中进行机械搅拌8min后取出，关闭盖口，得到均匀的镁合金液。

其中，覆盖剂为RJ-2覆盖剂，质量百分比为：3％～5％CaF₂、32％～40％KCL、5％～8％BaCl₂、38％～46％MgCl₂；Mg-Gd，Mg-Nd中间合金为Mg-30％Gd，Mg-30％Nd。

步骤3、在氩气气氛保护下，断电静置待镁合金液降至650℃时，将超声探头4从可拉伸盖口2伸入合金液液面以下30～50mm之间进行功率为530W的超声处理，超声处理的同时合金液随炉冷却，待合金液温度降至620℃时停止施加超声波，浇铸到预热至205℃的碳钢模具中，得到合金铸锭。

步骤4、将合金铸锭放入真空钼丝炉内，打开机械泵抽真空30min，待炉内压力小于4×10⁰Pa时，打开扩散泵，继续抽真空至3.8-4.0×10^-3Pa，

加热钼丝炉至320℃保温3h后，再次升温至420℃保温18h，升温结束后，关闭扩散泵，对炉内充气至气压小于0.1Pa，打开放气阀泄压，取出合金铸锭，在40℃的水中水冷。时效处理温度为210℃保温22h，在空气中冷却后得到抗高温蠕变镁铝合金。

实施例3

一种抗高温蠕变镁铝合金，按照质量百分比由以下原料组分构成：1.5％Nd，1％Gd，6％Al，其余为Mg，上述各原料含量的总和应为100％。

本实施例中的抗蠕变Mg-Al合金，由以下质量百分比的组分组成：。其制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将熔炼所需的搅拌工具、模具涂上氧化锌涂料于210℃预热炉中保温2h，中间合金Mg-Nd、Mg-Gd以及纯镁锭、铝锭于210℃预热炉中保温2h。

步骤2、将预热后的纯镁锭、铝锭以及中间合金Mg-Gd，Mg-Nd放入如图1电磁感应炉进行熔炼，加入RJ-2覆盖剂的同时通过氩气管道3通入氩气气氛进行保护，防止镁合金氧化燃烧，在720℃保温25min后，打开可拉伸盖口2，将搅拌杆1插入坩埚中进行机械搅拌10min，得到均匀的镁合金液。

其中，覆盖剂为RJ-2覆盖剂，质量百分比为：3％～5％CaF₂、32％～40％KCL、5％～8％BaCl₂、38％～46％MgCl₂；Mg-Gd，Mg-Nd中间合金为Mg-30％Gd，Mg-30％Nd。

步骤3、在氩气气氛保护下，断电静置待镁合金液降至660℃时，将超声探头4从可拉伸盖口2伸入合金液液面以下30～50mm之间进行功率为560W的超声处理，超声处理的同时合金液随炉冷却，待合金液温度降至650℃时停止施加超声波，浇铸到预热至210℃的碳钢模具中，得到合金铸锭。

步骤4、将合金铸锭放入真空钼丝炉内，打开机械泵抽真空30min，待炉内压力小于4×10⁰Pa时，打开扩散泵，继续抽真空至3.8～4.0×10^-3Pa，加热钼丝炉至300℃保温2h后，再次升温至430℃保温16h，升温结束后，关闭扩散泵，对炉内充气至气压小于0.1Pa，打开放气阀泄压，取出合金铸锭，在40℃的水中水冷，时效处理温度为220℃保温24h，在空气中冷却后得到抗高温蠕变镁铝合金。

对实施例1～3所得抗高温蠕变镁铝合金进行高温抗蠕变性能测试，测装置如图2所示，测试条件为：压缩试样为 的圆柱体，蠕变温度为200℃，应力为70MPa，结果如表1所示。

由表1可以看出，本发明具有比较好的高温抗蠕变性能，在200℃/70MPa，120h的条件下，蠕变应变量低至0.79％，稳态蠕变速率低至5.545×10^-8s^-1。

表1高温抗蠕变性能测试结果

一种抗高温蠕变镁铝合金及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。