CN107326236B - 超高综合性能变形稀土镁合金材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种超高综合性能变形稀土镁合金材料，其特征在于该镁合金材料包括如下的合金元素及重量百分比：Y 6.2～11.5％；Zn 2.0～3.5％；Zr 0.2～0.65％；Cd 0.02～0.25％；并且，Si≤0.02％，Cu≤0.03％，Fe≤0.005％，Ni≤0.0007％，单个杂质含量≤0.05％，杂质总含量≤0.30％，其余为Mg。本发明还公开了该超高综合性能变形稀土镁合金材料的制备方法。与现有技术相比，本发明的优点在于：通过优化镁合金合金成分配比，制备铸态组织包含有近圆形、近椭圆形的具有层状结构的第二相Mg₁₂YZn与α‑Mg基体相的材料，并通过热塑性成型工艺获得一定变形率的具有高的综合性能的变形镁合金材料。

Description

超高综合性能变形稀土镁合金材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金，还涉及一种镁合金的制备方法。

背景技术

镁合金是目前实际应用中密度较低的金属结构材料，其低密度的特性对汽车、航空航天及通讯电子等对减重有着无限需求的领域有着重大现实和潜在的意义，并已在该些领域得到了日益广泛的应用，但限于目前镁合金材料的力学等性能偏低，导致镁合金仍未得到广泛应用，迫切需要开发力学性能高，尤其综合性能优异的镁合金材料。

高稀土Mg-Y-Zn-Zr系镁合金材料综合性能差，通常表现为高强度低塑性或低强度高塑性，而工程应用一般对工程材料要求强度与塑性越高越好，目前高稀土Mg-Y-Zn-Zr系镁合金材料的性能局限性较强，实际应用价值很低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种镁合金综合性能佳的超高综合性能变形稀土镁合金材料。

本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种镁合金综合性能佳的超高综合性能变形稀土镁合金材料的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种超高综合性能变形稀土镁合金材料，其特征在于该镁合金材料包括如下的合金元素及重量百分比：

Y 6.2～11.5％；

Zn 2.0～3.5％；

Zr 0.2～0.65％；

Cd 0.02～0.25％；

并且，Si≤0.02％，Cu≤0.03％，Fe≤0.005％，Ni≤0.0007％，单个杂质含量≤0.05％，杂质总含量≤0.30％，其余为Mg。

进一步，该镁合金材料的铸态微观组织包括基体相α-Mg和具有层状结构的第二相Mg₁₂YZn。

进一步，该镁合金材料的铸态微观组织中第二相的层状结构的排列方向具有随机性。

进一步，该镁合金材料的铸态微观组织中金相晶粒一维尺寸集中分布在10um～100um之间，且晶粒度分布均匀。

进一步，该镁合金材料的铸态微观组织中基体相与第二相呈均匀相互隔离，第二相呈近圆形、近椭圆形的颗粒状均匀分布，基体相包围在第二相间隙，因此，第二相与基体两相的界面连接呈圆弧过渡。

进一步，该镁合金材料的铸态微观组织中第二相与基体相的隔离为包裹隔离。

一种超高综合性能变形稀土镁合金材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

①镁合金熔体的制备

首先，提供镁合金熔体的原材料，所述原材料为高纯镁锭、纯锌锭、镁钇中间合金、镁锆中间合金、纯镉粒；

其次，按照合金元素重量百分比的要求进行原材的质量称重与配比；

最后，在保护气体环境下，对上述原材料进行加热熔化，用精炼剂覆盖保护，加热到至760℃～780℃，进行充分的机械搅拌，同时通过精炼剂的成分与杂质元素的化学反应，产生上浮和下沉难熔物质，并通过后续的扒渣工艺达到降杂目的；

然后再加精炼剂，进行覆盖保护并静置30min～50min，得到所述镁合金熔体；进行合金主元素与杂质元素含量检测，以达到主合金元素配比及杂质控制要求，检测不合格则进行成分调整或除渣降杂调整，直至满足主合金元素配比及杂质控制要求；

②镁合金铸锭的制备

首先，将成分合格镁合金熔体降温至690～710℃，在保护气体环境下，进行半连续铸锭铸造，得到半连续铸锭；

③采用轧制变形工艺制备超高综合性能镁合金板材

首先，对镁合金铸锭进行均匀化热处理，处理时装硫磺伴随热处理，起到气体保护的作用，热处理到时出炉空冷；

其次，预热处理。

作为优选，步骤①和步骤②中所述的保护气体为氮气与六氟化硫混合气。

作为优选，步骤②中所述的精炼剂为精炼剂RJ-5。

作为最佳，步骤②中所述的半连续铸锭铸造时采用的浇铸温度为703℃。

作为优选，步骤③中所述的均化热处理条件为520℃×12h。

作为优选，步骤③中所述的预热处理条件如下：热处理温度为435℃，铸锭到温后保温3-5min，出炉进行多道次轧制变形加工，开轧道次与末道次变形量≤10％，中间道次变形量≤40％，总加工率≥70％。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过优化Mg-Y-Zn-Zr-Cd镁合金合金成分配比，制备铸态组织包含有近圆形、近椭圆形的具有层状结构的第二相Mg₁₂YZn与α-Mg基体相的材料，并通过热塑性成型工艺获得一定变形率的具有高的综合性能的变形镁合金材料，解决了现有技术中该系列变形镁合金综合性能差(高强度低塑性或低强度高塑性)的技术难题，从而满足该材料在不同需求领域的应用。

附图说明

图1为实施例5的镁合金铸态金相组织显微照片一。

图2为实施例5的镁合金铸态金相组织显微照片二。

图3为Fe、Ni、Cu杂质元素含量对镁合金耐蚀性的影响曲线图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本技术方案提供的超高综合性能变形镁合金材料制备方法主要包括以下步骤：

步骤一：提供一镁合金熔体

所述镁合金熔体的制备方法包括以下步骤：

首先，提供镁合金熔体原材料。所述原材料为高纯镁锭、纯锌锭、镁钇中间合金、镁锆中间合金、纯镉粒，以及本单位自己研制的新型除渣降杂精炼剂。

其次，严格按本发明中材料的主合金元素质量配比要求，进行原材的质量称重与配比。

最后，在保护气体(氮气与六氟化硫混合气)环境下，对上述镁合金原材料进行加热熔化，熔炼过程采用精炼剂RJ-5(市场上能购得)覆盖保护，防止熔体燃烧，加热到至760℃～780℃，对熔体进行充分的机械搅拌，同时通过精炼剂的成分与杂质元素的化学反应，产生上浮和下沉难熔物质，并通过后续的扒渣工艺达到降杂目的，然后再加精炼剂进行覆盖保护并静置30min～50min，得到所述镁合金熔体。浇铸前采用ICP方法进行合金主元素与杂质元素含量检测，以达到主合金元素配比及杂质控制要求，检测不合格则进行成分调整或除渣降杂调整，直至满足主合金元素配比及杂质控制要求。

步骤二：提供满足合金成分要求的镁合金铸锭。

所述镁合金铸锭的制备方法具体包括以下步骤：

首先，将成分合格镁合金熔体降温至690～710℃，在上述保护气体环境下，采用水冷却半连续铸造设备，进行半连续铸锭铸造，得到表面质量好的半连续铸锭。本申请中，所采用的浇铸温度为703℃，可以防止浇铸过程由于熔体温度过高，出现铸锭未完全凝固而导致的漏液、铸锭组织晶粒生长过大等情况发生，另一方面防止浇铸温度低，熔体流动性降低，铸锭表面产生大的冷隔等铸造缺陷，从而达到的生产表面与内部组织合格的镁合金铸锭。

步骤三：采用轧制变形工艺制备超高综合性能镁合金板材

具体地，所述高综合性能镁合金板材杂质制备包括以下步骤:

首先，采用反射式加热炉，对铸锭进行520℃×12h均匀化热处理，由于均匀化热处理温度较高，为防止铸锭由于高温意外燃烧，热处理炉内需装一定量硫磺伴随热处理，起到气体保护的作用，热处理到时出炉空冷。

其次，如上述工艺结束后，采用感应式加热炉进行铸锭的预热处理，热处理温度为435℃，铸锭到温后保温3-5min，出炉进行多道次轧制变形加工。其中轧制工艺的开轧道次与末道次变形量要小，道次变形量≤10％，中间道次变形量要大，但要≤40％，总加工率≥70％。期中道次变形量的约束一方面保证成形性能，另一方面保障变形强化效果。

为了更好地理解本发明，下面通过具体的实施例对本发明进一步说明。

对比实施例

制备组成主合金元素为Y、Zn、Zr的镁合金，其中，各主元素的质量百分含量为：Y9.2％，Zn2.0％，Zr0.2％，杂质元素的质量百分含量为：Si0.045％，Cu0.12％，Fe0.01％，Ni0.0015％。

具体制备方法如下：

按照上述成分配比称取高纯镁锭、镁钇中间合金、纯锌锭、镁锆中间合金的原料材料。

将称好的原料材料装置于熔炼炉中加覆盖剂进行熔炼，加热最高温度到770℃，加精炼剂并进行机械搅拌，对精炼过程产生的熔渣扒除，通过炉前成分检测、合金元素调整及精炼剂除杂，得到成分符合设计要求合金熔体，降温静置40min。

将成分检验合格镁合金熔体降温至703℃，在氮气与六氟化硫混合气保护气体环境下，采用水冷却半连续铸造设备，进行半连续铸锭铸造，得到表面质量良好的半连续铸锭。

对本实施例得到的镁合金铸造组织进行了金相观察，晶粒一维尺寸最大晶粒106.2um，最小晶粒23.3um，平均值63.4um，样本数量38个。

采用反射式热处理炉，对铸锭进行520℃×12h硫磺伴随均匀化热处理，热处理到时出炉空冷。

采用感应式加热炉进行铸锭的预热处理，预热温度为435℃，铸锭到温后保温3-5min，出炉进行多道次轧制变形加工。其中开轧道次变形量10％，中间道次变形量分别为，23％、28、16％，末道次变形量4％，总加工率81％。

对对比实施例得到的镁合金板材进行了力学性能检测，结果如附表2所示，材料的性能达到了R_m：382MPa，R_p0.2：287Mpa，A：7.5％，强度、塑性低，综合性能差。

实施例1

制备组成主合金元素为Y、Zn、Zr、Cd的镁合金，其中，各主元素的质量百分含量为：Y6.2％，Zn2.0％，Zr0.2％，Cd0.02％，杂质元素的质量百分含量为：Si0.012％，Cu0.009％，Fe0.0008％，Ni0.0003％。

具体制备方法如下

按照上述成分配比称取高纯镁锭、镁钇中间合金、纯锌锭、镁锆中间合金、纯镉粒的原料材料。

将称好的原料材料装置于熔炼炉中加覆盖剂进行熔炼，加热最高温度到780℃，加精炼剂并进行机械搅拌，对精炼过程产生的熔渣扒除，通过炉前成分检测、合金元素调整及精炼剂除杂，得到成分符合设计要求合金熔体，降温静置30min。

将成分检验合格镁合金熔体降温至703℃，在氮气与六氟化硫混合气保护气体环境下，采用水冷却半连续铸造设备，进行半连续铸锭铸造，得到表面质量良好的半连续铸锭。

对本实施例得到的高综合性镁合金铸造组织进行了金相观察。图2为观测结果，可以看出该样品中基体相与第二相呈均匀相互隔离，第二相呈近圆形、近椭圆形的颗粒状均匀分布，基体相包围在第二相间隙，第二相与基体两相的界面连接呈圆弧过渡，晶粒一维尺寸最大晶粒89.2um，最小晶粒14.6um，平均值52.6um，样本数量33个。

采用反射式热处理炉，对铸锭进行520℃×12h硫磺伴随均匀化热处理，热处理到时出炉空冷。

采用感应式加热炉进行铸锭的预热处理，预热温度为435℃，铸锭到温后保温3-5min，出炉进行多道次轧制变形加工。其中开轧道次变形量10％，中间道次变形量分别为，23％、28、16％，末道次变形量4％，总加工率81％。

对本实施例得到的镁合金板材进行了拉伸性能检测，结果如附表2所示，材料的性能达到了R_m：450MPa，R_p0.2：390Mpa，A：23％，综合性能优异。

实施例2，制备各主元素的质量百分含量为：Y8.7％，Zn2.4％，Zr0.3％，Cd0.08％，杂质元素的质量百分含量为：Si0.01％，Cu0.017％，Fe0.0009％，Ni0.0003％。

具体制备方法如下：

按照上述成分配比称取高纯镁锭、镁钇中间合金、纯锌锭、镁锆中间合金、纯镉粒的原料材料。

将称好的原料材料装置于熔炼炉中加覆盖剂进行熔炼，加热最高温度到760℃，加精炼剂并进行机械搅拌，对精炼过程产生的熔渣扒除，通过炉前成分检测、合金元素调整及精炼剂除杂，得到成分符合设计要求合金熔体，降温静置50min。

将成分检验合格镁合金熔体降温至690℃，在氮气与六氟化硫混合气保护气体环境下，采用水冷却半连续铸造设备，进行半连续铸锭铸造，得到表面质量良好的半连续铸锭。

对本实施例得到的高综合性镁合金铸造组织进行了金相观察。晶粒一维尺寸最大晶粒85.6um，最小晶粒12.3um，平均值49.3um，样本数量35个。

采用反射式热处理炉，对铸锭进行520℃×12h硫磺伴随均匀化热处理，热处理到时出炉空冷。

采用感应式加热炉进行铸锭的预热处理，预热温度为435℃，铸锭到温后保温3-5min，出炉进行多道次轧制变形加工。其中开轧道次变形量10％，中间道次变形量分别为25％、25％、14％，末道次变形量3％，总加工率77％。

对本实施例得到的镁合金板材进行了拉伸性能检测，结果如附表2所示，材料的性能达到了R_m：456MPa，R_p0.2：391Mpa，A：21％，综合性能优异。

实施例3

制备各主元素的质量百分含量为：Y9.2％，Zn2.8％，Zr0.4％，Cd0.16％，杂质元素的质量百分含量为：Si0.016％，Cu0.013％，Fe0.0002％，Ni0.0002％。

具体制备方法如下：

按照上述成分配比称取高纯镁锭、镁钇中间合金、纯锌锭、镁锆中间合金、纯镉粒的原料材料。

将称好的原料材料装置于熔炼炉中加覆盖剂进行熔炼，加热最高温度到770℃，加精炼剂并进行机械搅拌，对精炼过程产生的熔渣扒除，通过炉前成分检测、合金元素调整及精炼剂除杂，得到成分符合设计要求合金熔体，降温静置40min。

将成分检验合格镁合金熔体降温至703℃，在氮气与六氟化硫混合气保护气体环境下，采用水冷却半连续铸造设备，进行半连续铸锭铸造，得到表面质量良好的半连续铸锭。

对本实施例得到的高综合性镁合金铸造组织进行了金相观察。晶粒一维尺寸最大晶粒88.6um，最小晶粒11.5um，平均值47.8um，样本数量30个。

采用反射式热处理炉，对铸锭进行520℃×12h硫磺伴随均匀化热处理，热处理到时出炉空冷。

采用感应式加热炉进行铸锭的预热处理，预热温度为435℃，铸锭到温后保温3-5min，出炉进行多道次轧制变形加工。其中开轧道次变形量8％，中间道次变形量分别为28％、25％、16％，末道次变形量3％，总加工率80％。

对本实施例得到的镁合金板材进行了拉伸性能检测，结果如附表2所示，材料的性能达到了R_m：465MPa，R_p0.2：405Mpa，A：18％，综合性能优异。

实施例4

制备各主元素的质量百分含量为：Y10.9％，Zn3.2％，Zr0.5％，Cd0.2％，杂质元素的质量百分含量为：Si0.013％，Cu0.010％，Fe0.0025％，Ni0.0006％。

具体制备方法如下：

按照上述成分配比称取高纯镁锭、镁钇中间合金、纯锌锭、镁锆中间合金、纯镉粒的原料材料。

将称好的原料材料装置于熔炼炉中加覆盖剂进行熔炼，加热最高温度到770℃，加精炼剂并进行机械搅拌，对精炼过程产生的熔渣扒除，通过炉前成分检测、合金元素调整及精炼剂除杂，得到成分符合设计要求合金熔体，降温静置45min。

将成分检验合格镁合金熔体降温至710℃，在氮气与六氟化硫混合气保护气体环境下，采用水冷却半连续铸造设备，进行半连续铸锭铸造，得到表面质量良好的半连续铸锭。

对本实施例得到的高综合性镁合金铸造组织进行了金相观察。晶粒一维尺寸最大晶粒80.2um，最小晶粒10.8um，平均值43.7um，样本数量32个。

采用反射式热处理炉，对铸锭进行520℃×12h硫磺伴随均匀化热处理，热处理到时出炉空冷。

采用感应式加热炉进行铸锭的预热处理，预热温度为435℃，铸锭到温后保温3-5min，出炉进行多道次轧制变形加工。其中开轧道次变形量7％，中间道次变形量分别为26％、27％、15％，末道次变形量4％，总加工率79％。

对本实施例得到的镁合金板材进行了拉伸性能检测，结果如附表2所示，材料的性能达到了R_m：468MPa，R_p0.2：413Mpa，A：18％，综合性能优异。

实施例5

制备各主元素的质量百分含量为：Y11.5％，Zn3.5％，Zr0.65％，Cd0.25％，杂质元素的质量百分含量为：Si0.018％，Cu0.013％，Fe0.003％，Ni0.0004％。

具体制备方法如下：

按照上述成分配比称取高纯镁锭、镁钇中间合金、纯锌锭、镁锆中间合金、纯镉粒的原料材料。

将称好的原料材料装置于熔炼炉中加覆盖剂进行熔炼，加热最高温度到780℃，加精炼剂并进行机械搅拌，对精炼过程产生的熔渣扒除，通过炉前成分检测、合金元素调整及精炼剂除杂，得到成分符合设计要求合金熔体，降温静置50min。

将成分检验合格镁合金熔体降温至710℃，在氮气与六氟化硫混合气保护气体环境下，采用水冷却半连续铸造设备，进行半连续铸锭铸造，得到表面质量良好的半连续铸锭。

对本实施例得到的高综合性镁合金铸造组织进行了金相观察。晶粒一维尺寸最大晶粒75.0um，最小晶粒11.3um，平均值40.6um，样本数量35个。

采用反射式热处理炉，对铸锭进行520℃×12h硫磺伴随均匀化热处理，热处理到时出炉空冷。

采用感应式加热炉进行铸锭的预热处理，预热温度为435℃，铸锭到温后保温3-5min，出炉进行多道次轧制变形加工。其中开轧道次变形量9％，中间道次变形量分别为25％、27％、17％，末道次变形量3％，总加工率81％。

图1和图2为本实施例中的镁合金铸态金相组织显微照片。

对本实施例得到的镁合金板材进行了拉伸性能检测，结果如附表2所示，材料的性能达到了R_m：471MPa，R_p0.2：419Mpa，A：16％，综合性能优异。

表1对比例与实施例1～5的Mg-Y-Zn-Zr系镁合金各成分对比表

表2对比例与实施例1～5制得的Mg-Y-Zn-Zr系镁合金板材的力学性能对比表

本发明利用复合合金化的同时，采用了微量元素合金化和消除杂质劣化作用的方法提高含Y变形镁合金的综合性能。

高Y/Zn原子比的Mg-Y-Zn-Zr合金的显微组织由基体相α-Mg和第二相双相共晶组织组成。

Mg、Cd均为密排六方晶体结构，在镁合金中加入Cd后，Cd与Mg形成完全互溶单相固溶体，没有形成新相析出。利用Cd在镁合金中的这一特性，本分明采用了微量元素合金化的方法，在合金中加入微量Cd细化基体组织，从而提高Mg-Y-Zn-Zr变形镁合金的综合性能。一方面，由Mg-Cd相图可知，溶质稀土元素的平衡分配系数k＜1，因此Cd在固/液界面前沿富集，在结晶过程中液固界面处形成Cd的浓度梯度，产生Cd的偏析，偏析作用导致晶粒生长的液固界面产生成分过冷区，该过冷区随Cd含量的增加而增大，结晶过程基体相与第二相的析出和形核受到抑制，从而阻碍了Mg相的晶粒长大，明显地细化基体组织，形成细小均匀分布的粒状组织，优化合金组织结构。另一方面，可以改善合金的变形性能并获得提高合金力学性能的目的。非无限固溶合金元素添加后，合金中除产生固溶强化、晶粒细化外，通常会在基体组织中出现高硬度、高熔点、塑韧性差的二次相，有利于提高合金力学性能，但二次相种类的增加，造成了合金组织结构的复杂化和性能的差异化，对基体产生割裂作用，降低了合金整体组织的均一性，增加材料变形过程中组织内部产生的应力集中情况，导致裂纹源的产生，在提高变形镁合金力学性能的同时降低了合金的变形能力。如要保持合金原有的变形能力，则必须在提高合金化程度的同时，又不增加二次相的种类，不对整体组织均一性的造成影响，从而保证材料塑性和变形能力。镁合金中加入Cd形成完全互溶单相固溶体，则完全利用了该特性。塑性的提高，表明合金可经受变形的能力加强，提高了材料可变形率，使合金能够进行更多次的变形加工，有效提高合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率、冲击性能及硬度等力学性能。

原镁锭一般是通过白云石、菱镁矿、硅铁合金为原材料在钢制反应罐的化学反应法生产的原镁，由于镁合金化学性质极其活泼，钢制反应罐含有镍，白云石、菱镁矿、硅铁合金原材料的自身所含元素在原镁生产过程及合金熔炼、传输、浇注等过程中极易导致原镁锭含有Fe、Si、Ni、及Cu等杂质元素，并且熔体在接近800℃时极易氧化燃烧，产生大量的非金属夹杂物和金属夹杂物。因此，镁合金熔炼过程不可避免杂质元素的产生。

炼镁厂用复合氯盐精炼和电解粗镁后，Fe含量一般在0.02％～0.04％之间。因此，对于一般采用工厂镁合金锭为原料，未采取特殊精炼工艺的镁合金Fe含量基本处在与0.02％～0.04％同一数量级水平，过量Fe的存在，Fe一般以片状或条状单质形式分布于镁合金的晶界上，影响基体的连续性。会导致铸造组织中出现了大量的显微缩松，热处理后出现粗化的枝晶组织，严重影响了合金影响铸锭及后续变形件的组织与力学性能，尤其显微疏松的存在，往往成为工件受力过程的裂纹源，严重降低材料的柔韧性与塑性，增加脆性，当Fe含量控制在≤0.005％后，基本上未发现显微疏松存在。研究表明，当Fe含量从0.024％减少到0.0009％，其平均晶粒尺寸则从110um细化到50um。显著地改善了合金的综合力学性能，抗拉强度与延伸率分别提高到了29％和35％。对性能要求更高的镁合金，Fe含量的要求更低。因此，高塑性变形镁合金，必须通过精炼工艺，严苛控制镁合金中Fe含量在0.005％以下。

此外，杂质Fe能与Mg熔体中的Zr形成Zr₂Fe₃和ZrFe₂化合物沉入熔炼设备，杂质Si与Mg熔体中的Zr形成高熔点固态化合物而沉淀，从而造成Zr的损失，影响主合金元素的添加与成分控制，使Zr在镁合金中的变质形核、晶粒细化作用无法充分发挥；此外，杂质化合物的存在会导致铸锭组织的粗大、产生偏析与脆性相等铸造缺陷产生，恶化合金组织、影响合金强度、塑性和耐蚀性等综合性能。所以，在本发明专利的含Zr镁合金中要严格控制这些杂质元素的存在。

Si在Mg中几乎无固溶度，Si与Mg以Mg₂Si相的形式析出在晶界处，它具有CaF型面心立方晶体结构，有较高的熔点和硬度，通常在凝固过程中得到；共晶Mg₂Si相易呈块状与汉字状Mg₂Si粒子出现会对基体产生割裂作用，在合金受力时易形成裂纹源，恶化合金力学与塑性性能。

杂质元素除对材料的力学性能产生较大影响外，杂质Fe、Ni、Cu的含量超出一定的范围时，镁合金的耐蚀性将会迅速下降。

Ni、Cu在镁合金中溶解度极小，常与Mg形成Mg₂Ni、Mg₂Cu等金属化合物，以网状形式分布于晶界。

按电子理论，费米能级表示电子填充的最高水平，费米能级越高，电子越容易失去，体系中成分不同区域的费米能级差就是电子流动的电动势，对于材料而言材料的费米能级越高，其腐蚀电位就越低，容易被腐蚀，相反费米能级低，其腐蚀电位就高，不易腐蚀。α-Mg晶粒与Mg₂Ni，Mg₂Cu的费米能级差构成镁合金电化学腐蚀的电动势，从而严重影响材料的耐蚀性能(如下表所示)。

晶界区Mg₂Ni、Mg₂Cu及α-Mg体系的费米能级E_f

试验结果表明，当合金中Fe和Cu的质量分数分别小于69×10^-6时，镁合金的耐蚀性几乎没有受到影响；而当Ni的质量分数大于30×10^-6时，合金的耐蚀性明显下降。Fe或Cu的加入导致合金的腐蚀表面出现了蜂窝状的腐蚀坑，而Ni的加入导致合金的腐蚀表面出现了很多点蚀坑(如图3所示)。

根据上述原理，发明人通过大量实验研究，通过优化该合金系主合金的配比，以及对杂质元素的严苛控制可以制备意想不到性能的合金，提供了一种超高综合性能的镁合金材料。该合金铸态组织具有的微观结构包括基体相α-Mg和具有层状结构的第二相Mg₁₂YZn，所述基体相与第二相呈均匀相互隔离，第二相呈近圆形、近椭圆形的颗粒状均匀分布，基体相包围在第二相间隙。该组织严格的去除掉了杂质元素Fe、Si、Ni、及Cu与镁合金熔炼时生成的Zr₂Fe₃和ZrFe₂、Mg₂Si、Mg₂Ni、Mg₂Cu等劣化合金性能化合物相。且较佳地，微观结构的晶粒尺寸至少在一个维度上为10um～100um之间，晶粒度分布均匀。

Claims (11)

1.一种超高综合性能变形稀土镁合金材料，其特征在于该镁合金材料包括如下的合金元素及重量百分比：

并且，Si≤0.02％，Cu≤0.03％，Fe≤0.005％，Ni≤0.0007％，单个杂质含量≤0.05％，杂质总含量≤0.30％，其余为Mg；

该镁合金材料的铸态微观组织包括基体相α-Mg和具有层状结构的第二相Mg₁₂YZn。

2.根据权利要求1所述的超高综合性能变形稀土镁合金材料，其特征在于该镁合金材料的铸态微观组织中第二相的层状结构的排列方向具有随机性。

3.根据权利要求1所述的超高综合性能变形稀土镁合金材料，其特征在于该镁合金材料的铸态微观组织中金相晶粒一维尺寸集中分布在10um～100um之间，且晶粒度分布均匀。

4.根据权利要求1所述的超高综合性能变形稀土镁合金材料，其特征在于该镁合金材料的铸态微观组织中基体相与第二相呈均匀相互隔离，第二相呈近圆形、近椭圆形的颗粒状均匀分布，基体相包围在第二相间隙，因此，第二相与基体两相的界面连接呈圆弧过渡。

5.根据权利要求4所述的超高综合性能变形稀土镁合金材料，其特征在于该镁合金材料的铸态微观组织中第二相与基体相的隔离为包裹隔离。

6.一种权利要求1～5中任一一种超高综合性能变形稀土镁合金材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

①镁合金熔体的制备

首先，提供镁合金熔体的原材料，所述原材料为高纯镁锭、纯锌锭、镁钇中间合金、镁锆中间合金、纯镉粒；

其次，按照合金元素重量百分比的要求进行原材的质量称重与配比；

最后，在保护气体环境下，对上述原材料进行加热熔化，用精炼剂覆盖保护，加热到至760℃～780℃，进行充分的机械搅拌，同时通过精炼剂的成分与杂质元素的化学反应，产生上浮和下沉难熔物质，并通过后续的扒渣工艺达到降杂目的；然后再加精炼剂，进行覆盖保护并静置30min～50min，得到所述镁合金熔体；进行合金主元素与杂质元素含量检测，以达到主合金元素配比及杂质控制要求，检测不合格则进行成分调整或除渣降杂调整，直至满足主合金元素配比及杂质控制要求；

②镁合金铸锭的制备

首先，将成分合格镁合金熔体降温至690～710℃，在保护气体环境下，进行半连续铸锭铸造，得到半连续铸锭；

③采用轧制变形工艺制备超高综合性能镁合金板材

首先，对镁合金铸锭进行均匀化热处理，处理时装硫磺伴随热处理，起到气体保护的作用，热处理到时出炉空冷；

其次，预热处理。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于步骤①和步骤②中所述的保护气体为氮气与六氟化硫混合气。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于步骤②中所述的精炼剂为精炼剂RJ-5。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于步骤②中所述的半连续铸锭铸造时采用的浇铸温度为703℃。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于步骤③中所述的均化热处理条件为520℃×12h。

11.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于步骤③中所述的预热处理条件如下：热处理温度为435℃，铸锭到温后保温3-5min，出炉进行多道次轧制变形加工，开轧道次与末道次变形量≤10％，中间道次变形量≤40％，总加工率≥70％。