[0001] 本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种高强度合金材料及其制备方法。

[0002] 近年来，随着汽车制造、航空航天、武器装备以及电子3C等领域的迅猛发展，我国对高性能结构减重材料的需求越来越紧迫。镁合金作为一种常见的结构减重材料，由于具有密度小、比强度和比刚度高、导热导电性能好、阻尼减振、电磁屏蔽、易于加工成型、废料容易回收等优点，被广泛应用于汽车、电子通信、航空航天和国防军事等领域，被誉为“21世纪最具发展潜力和前途的绿色工程材料”。

[0003] 传统镁合金材料绝对强度低，耐高温性能差，耐腐蚀性能有待进一步改善。市面上的镁合金材料也还或多或少存在韧性不足，使用寿命短，抗疲劳性能有待进一步提高等技术缺陷。为了解决上述问题，授权公告号为CN108559897B的中国发明专利公开了一种高强度耐腐蚀镁合金及其制备方法。所述的高强度耐腐蚀镁合金由如下按质量百分比计的原料组分制备得到：7.0～7.5％Sn，0.2～0.6％Bi，0.1～0.3％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。该发明将高强度耐腐蚀镁合金的组分镁、锡、铋和锑熔炼铸造，得到铸态合金；然后将铸态合金进行热处理，得到高强度耐腐蚀镁合金。该高强度耐腐蚀镁合金具有良好的室温强度和耐腐蚀性能，室温抗拉强度高于270MPa，在3.5wt％NaCl溶液中的腐蚀速率低于0.6mm/a。
与商用镁合金AZ91相比，具有更高的强度和更好的耐腐蚀性能，在电子产品等领域中有着广阔的应用前景。然而，其耐高温性能和抗疲劳性能仍然有待进一步提高。

[0004] 可见，开发一种强度高，耐高温性能好，韧性足，耐腐蚀性能和抗疲劳性能佳，使用寿命长的高强度镁合金材料及其制备方法显得尤为重要。

[0021] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明产品作进一步详细的说明。

[0022] 实施例1

[0023] 一种高强度合金材料，包括如下按质量百分比计的各成分制成：Al 2wt％、稀土元素0.5wt％、Hf 0.1wt％、Zn 5wt％、Mn 0.1wt％、Nb 0.05wt％、Ga 0.01wt％、Sr 0.1wt％、Cu 0.05wt％、B0.01wt％、Te 0.01wt％、Ta 0.005wt％、纳米氮化钛0.01wt％、纳米硼化锆0.01wt％，其余为Mg和不可避免的杂质。

[0024] 所述不可避免的杂质总量≤0.01wt％；所述纳米硼化锆的粒径为10nm；所述纳米氮化钛的粒径为20nm；所述稀土元素为Sc、Y、Nd、Ce按质量比1:1:0.8:0.6混合形成的混合物。

[0025] 一种高强度合金材料的制备方法，包括如下步骤：

[0026] 步骤S1、以纯镁锭、纯锌锭、纯铝锭、Mg‑稀土元素中间合金、Mg‑Hf中间合金、Mg‑Mn中间合金、Mg‑Nb中间合金、Mg‑Ga中间合金、Mg‑Sr中间合金、Mg‑Cu中间合金、Mg‑B中间合金、Mg‑Te中间合金、Mg‑Ta中间合金为原料，按成分质量百分比配料，通过熔炼、浇铸，获得铸锭；

[0027] 步骤S2、对铸锭进行热处理，得到高强度合金材料。

[0028] 步骤S1中所述熔炼是在CO2+SF6混合气体保护下进行的，所述SF6和CO2的混合体积比为1:100；所述熔炼的温度为800℃；所述浇铸的温度为680℃。

[0029] 步骤S2中所述热处理包括时效处理、固溶处理和退火处理；所述时效处理的温度为220℃，时间为8h；所述固溶处理的温度为480℃，时间为3h；所述退火处理为二级退火处理，第一级退火处理的温度为440℃，时间为2h；第二级退火处理的温度为230℃，时间为3h。

[0030] 实施例2

[0031] 一种高强度合金材料，包括如下按质量百分比计的各成分制成：Al 3wt％、稀土元素1.5wt％、Hf 0.4wt％、Zn 5.5wt％、Mn 0.3wt％、Nb 0.08wt％、Ga 0.02wt％、Sr 0.13wt％、Cu 0.08wt％、B0.015wt％、Te 0.015wt％、Ta 0.007wt％、纳米氮化钛
0.015wt％、纳米硼化锆0.015wt％，其余为Mg和不可避免的杂质。

[0032] 所述不可避免的杂质总量≤0.01wt％；所述纳米硼化锆的粒径为30nm；所述纳米氮化钛的粒径为40nm；所述稀土元素为Sc、Y、Nd、Ce按质量比1.3:1:0.9:0.6混合形成的混合物。

[0033] 一种高强度合金材料的制备方法，包括如下步骤：

[0034] 步骤S1、以纯镁锭、纯锌锭、纯铝锭、Mg‑稀土元素中间合金、Mg‑Hf中间合金、Mg‑Mn中间合金、Mg‑Nb中间合金、Mg‑Ga中间合金、Mg‑Sr中间合金、Mg‑Cu中间合金、Mg‑B中间合金、Mg‑Te中间合金、Mg‑Ta中间合金为原料，按成分质量百分比配料，通过熔炼、浇铸，获得铸锭；

[0035] 步骤S2、对铸锭进行热处理，得到高强度合金材料。

[0036] 步骤S1中所述熔炼是在CO2+SF6混合气体保护下进行的，所述SF6和CO2的混合体积比为1:150；所述熔炼的温度为830℃；所述浇铸的温度为695℃。

[0037] 步骤S2中所述热处理包括时效处理、固溶处理和退火处理；所述时效处理的温度为230℃，时间为11h；所述固溶处理的温度为490℃，时间为3.5h；所述退火处理为二级退火处理，第一级退火处理的温度为470℃，时间为3h；第二级退火处理的温度为260℃，时间为4h。

[0038] 实施例3

[0039] 一种高强度合金材料，包括如下按质量百分比计的各成分制成：Al 5wt％、稀土元素2wt％、Hf 0.6wt％、Zn 6wt％、Mn 0.6wt％、Nb 0.1wt％、Ga 0.03wt％、Sr 0.15wt％、Cu 0.1wt％、B 0.02wt％、Te 0.02wt％、Ta 0.008wt％、纳米氮化钛0.02wt％、纳米硼化锆
0.02wt％，其余为Mg和不可避免的杂质。

[0040] 所述不可避免的杂质总量≤0.01wt％；所述纳米硼化锆的粒径为50nm；所述纳米氮化钛的粒径为60nm；所述稀土元素为Sc、Y、Nd、Ce按质量比1.5:1:1:0.6混合形成的混合物。

[0041] 一种高强度合金材料的制备方法，包括如下步骤：

[0042] 步骤S1、以纯镁锭、纯锌锭、纯铝锭、Mg‑稀土元素中间合金、Mg‑Hf中间合金、Mg‑Mn中间合金、Mg‑Nb中间合金、Mg‑Ga中间合金、Mg‑Sr中间合金、Mg‑Cu中间合金、Mg‑B中间合金、Mg‑Te中间合金、Mg‑Ta中间合金为原料，按成分质量百分比配料，通过熔炼、浇铸，获得铸锭；

[0043] 步骤S2、对铸锭进行热处理，得到高强度合金材料。

[0044] 步骤S1中所述熔炼是在CO2+SF6混合气体保护下进行的，所述SF6和CO2的混合体积比为1:200；所述熔炼的温度为850℃；所述浇铸的温度为705℃。

[0045] 步骤S2中所述热处理包括时效处理、固溶处理和退火处理；所述时效处理的温度为240℃，时间为13h；所述固溶处理的温度为500℃，时间为4h；所述退火处理为二级退火处理，第一级退火处理的温度为490℃，时间为3.5h；第二级退火处理的温度为300℃，时间为4.5h。

[0046] 实施例4

[0047] 一种高强度合金材料，包括如下按质量百分比计的各成分制成：Al 6wt％、稀土元素2.5wt％、Hf 0.8wt％、Zn 6.5wt％、Mn 0.8wt％、Nb 0.13wt％、Ga 0.04wt％、Sr 0.18wt％、Cu 0.12wt％、B0.025wt％、Te 0.025wt％、Ta 0.009wt％、纳米氮化钛
0.025wt％、纳米硼化锆0.025wt％，其余为Mg和不可避免的杂质。

[0048] 所述不可避免的杂质总量≤0.01wt％；所述纳米硼化锆的粒径为70nm；所述纳米氮化钛的粒径为80nm；所述稀土元素为Sc、Y、Nd、Ce按质量比1.8:1:1.1:0.6混合形成的混合物。

[0049] 一种高强度合金材料的制备方法，包括如下步骤：

[0050] 步骤S1、以纯镁锭、纯锌锭、纯铝锭、Mg‑稀土元素中间合金、Mg‑Hf中间合金、Mg‑Mn中间合金、Mg‑Nb中间合金、Mg‑Ga中间合金、Mg‑Sr中间合金、Mg‑Cu中间合金、Mg‑B中间合金、Mg‑Te中间合金、Mg‑Ta中间合金为原料，按成分质量百分比配料，通过熔炼、浇铸，获得铸锭；

[0051] 步骤S2、对铸锭进行热处理，得到高强度合金材料。

[0052] 步骤S1中所述熔炼是在CO2+SF6混合气体保护下进行的，所述SF6和CO2的混合体积比为1:250；所述熔炼的温度为880℃；所述浇铸的温度为720℃。

[0053] 步骤S2中所述热处理包括时效处理、固溶处理和退火处理；所述时效处理的温度为250℃，时间为14h；所述固溶处理的温度为505℃，时间为4.5h；所述退火处理为二级退火处理，第一级退火处理的温度为510℃，时间为4.5h；第二级退火处理的温度为340℃，时间为5.5h。

[0054] 实施例5

[0055] 一种高强度合金材料，包括如下按质量百分比计的各成分制成：Al 7wt％、稀土元素3wt％、Hf 1wt％、Zn 7wt％、Mn 1wt％、Nb 0.15wt％、Ga 0.05wt％、Sr 0.2wt％、Cu 0.15wt％、B0.03wt％、Te 0.03wt％、Ta 0.01wt％、纳米氮化钛0.03wt％、纳米硼化锆
0.03wt％，其余为Mg和不可避免的杂质。

[0056] 所述不可避免的杂质总量≤0.01wt％；所述纳米硼化锆的粒径为80nm；所述纳米氮化钛的粒径为90nm；所述稀土元素为Sc、Y、Nd、Ce按质量比2:1:1.2:0.6混合形成的混合物。

[0057] 一种高强度合金材料的制备方法，包括如下步骤：

[0058] 步骤S1、以纯镁锭、纯锌锭、纯铝锭、Mg‑稀土元素中间合金、Mg‑Hf中间合金、Mg‑Mn中间合金、Mg‑Nb中间合金、Mg‑Ga中间合金、Mg‑Sr中间合金、Mg‑Cu中间合金、Mg‑B中间合金、Mg‑Te中间合金、Mg‑Ta中间合金为原料，按成分质量百分比配料，通过熔炼、浇铸，获得铸锭；

[0059] 步骤S2、对铸锭进行热处理，得到高强度合金材料。

[0060] 步骤S1中所述熔炼是在CO2+SF6混合气体保护下进行的，所述SF6和CO2的混合体积比为1:300；所述熔炼的温度为900℃；所述浇铸的温度为730℃。

[0061] 步骤S2中所述热处理包括时效处理、固溶处理和退火处理；所述时效处理的温度为260℃，时间为15h；所述固溶处理的温度为510℃，时间为5h；所述退火处理为二级退火处理，第一级退火处理的温度为520℃，时间为5h；第二级退火处理的温度为360℃，时间为6h。

[0062] 对比例1

[0063] 一种高强度合金材料及其制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加Hf、Ga、Te和纳米氮化钛。

[0064] 对比例2

[0065] 一种高强度合金材料及其制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加Nb、Sr、Ta和纳米硼化锆。

[0066] 为了进一步说明本发明各实施例涉及的高强度合金材料产品取得的预期不到的积极技术效果，对各例制成的高强度合金材料进行相关性能测试，测试结果见表1，测试方法如下：

[0067] (1)拉伸强度、延伸率：按GB/T228.1‑2010进行室温拉伸实验，测定各例高强度合金材料产品的拉伸强度和延伸率。

[0068] (2)耐高温性能：将各例产品置于300℃下放置100h，冷却至室温后再按(1)中拉伸强度的测试方法测试拉伸强度，并计算拉伸强度的保留率，其数值越大，耐高温性能越好。

[0069] (3)耐腐蚀性能：采用室温(25℃)浸泡腐蚀试验，腐蚀介质为3.5wt％NaCl溶液；腐蚀试样为圆片状合金试样，尺寸为Φ15mm×3mm；腐蚀时间为24h。测出腐蚀前后的合金试样失重，结合合金试样的表面积，算出合金试样的年腐蚀速率(单位：mm/a)。

[0070] (4)抗疲劳性能：在Amsler HFP‑422高频疲劳实验机上对试件进行等幅疲劳实验(最大载荷100MPa，最小载荷20MPa)，记录并统计疲劳寿命。

[0071] 表1

[0072]项目 拉伸强度 延伸率 耐高温性 耐腐蚀性 抗疲劳性
单位 MPa ％ ％ mm/a 万次
实施例1 407 15.2 98.9 0.217 15.7
实施例2 410 15.6 99.3 0.201 16.0
实施例3 412 16.2 99.5 0.187 16.3
实施例4 417 16.4 99.6 0.149 16.8
实施例5 420 16.7 99.9 0.123 17.0
对比例1 383 14.5 97.5 0.852 14.3
对比例2 376 14.2 96.7 0.918 14.6

[0073] 从表1可见，本发明实施例公开的高强度合金材料，与对比例产品相比，具有更加优异的机械力学性能、耐高温性能和耐热腐蚀性能，且抗疲劳性能更佳，Nb、Sr、Ta、纳米硼化锆、Hf、Ga、Te和纳米氮化钛的加入对改善上述性能有益。

[0074] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。