张亚琴，樊晓泽，唐定骧，李远发，陈善荣，宋卓能

（嘉瑞科技（惠州）有限公司，广东惠州516083）

摘 要 ： 本文在AICeLa44耐热镁合金基础上开发了低成本AlceLasm44合金，对比研宄了 AlceLasm44 与AICeLa44耐热镁合金的显微组织、 铸造性能差异及力学性能变化，提出了低成本人工混合稀土CeLaSm 替代Mg-ceLa中间合金制备AE44耐热镁合金的产业化方向。 结果表明 ， 两种合金压铸态显微组织均为细小等轴晶引入微量sm元素后，合金主要强化相形态由沿晶界规则针片聚集状态转变为短棒状无方向性分布，且存在一定偏聚现象；两种合金压铸流动性差异较小，压铸性能一致；力学性能变化较小，AICeLaSm44有微量提高。验证了AICeLaSm44替代AICeLa44的优势及可行性。

关键词 ： AICeLa44合金； AICeLaSm44合金 ； CeLaSm混合稀土； 低成本 ； 力学性能

作为最轻的应用结构材料，镁合金在航空航天、汽车、电子通信、仪表等军工和民用领域具有广泛的应用，被誉为“21世纪绿色工程材料”。现有主要商用镁合金AZ及AM系基本占据了汽车用镁合金的90%，这些合金铸造及室温力学能退化严重，制约其应用范围。因此，各国对耐热镁合金的开发均做了大量的研究工作，开发多型号耐热镁合金，满足工业实际需求。为了加快镁稀土合金产业发展，我国从20世纪90年代后期开始，陆续启动国防“973”“863”等重大项目，经过几十年的努力，高强稀土镁合金取得了很大发展。

在现有研究中，耐热镁合金开发主要通过合金化方法，即添加Si、 Ca、 Sr、 RE等，通过基体强化及晶界强化提高合金高温强度和抗儒变能力，这其中RE的作用最为显著。由于稀土元素突出的净化及强化作用，在耐热镁合金中，90%以上均含有稀土元素。到目前为止Al仍是镁合金中应用最多的合金化元素，Mg-Al基合金中适量添加 RE元素可以很大程度改善合金性能。如：Hydro Magnesium公司开发的AE44压铸镁合金，通过富铈稀土的加入，大幅度提高了合金的耐热性能。中国科学院长长春应用化学研究所在此基础上开发新的耐热压铸镁合金AlCeLa44，以CeLa混合稀土替代富铈稀土，不仅提高了合金的热稳定性，同时降低了成本。另一方面避免了市场需求紧缺的镨及钕贵重元素的消耗。我国稀土资源配置中Ce、La的分配达到百分之70以上，常作为轻合金中合金化元素首选，Sm的丰度占稀土元素第六位。但市场应用较少，仅在永磁材料中有所应用，市场富余量较大。而且Sm的而且sm在镁合金中固溶度达到5．3wt%,具备一定的固溶和时效强化作用，因此我们在AICeLa44基础上，采用成本更低的低熔点CeLaSm人工混合稀 土金属加入形式，开发低成AICeLaSm44耐热镁合金。不仅可以降低合金制作成本，同时对优化我国稀土资源配置具有重要的意义。

1试验方法

1. 1合金制备

试验制备AICeLa44及AICeLasm44两种合金，所用原材料为镁锭（纯度为99．95％） 、铝锭（纯度为 99， 98％），其中ceLa以Mg-30CeLa中间合金 ，CeLaSm采用50C。29L。21S。人工混合稀土金属， Mn采用Al-IOMn中间合金形式加入。实验采用100Kg电阻坩埚炉熔炼合金， 坩埚经烘烤后加入一定配比的镁锭及铝锭升温熔化，待合金液温度升至730 ℃时加入中间合金及稀土，保温并充分搅拌15min，随后精炼并降温至压铸温度在280T冷室压铸机上压铸成型。熔炼过程采用SF6+N2气氛保护，压铸温度 680 ± 5 ℃，模具温度为280± 5 ℃。合金的化学成分使用INTEGRA. XL型ICP设备分析，具体成分见表1。

表1合金化学成分（质量百分含量，％）

1. 2检测方法

试验用拉伸试样直接压铸成型，尺寸见图1。金相试样从压铸试样上切取， 利用Olympus型光学显微镜观察合金显微组织，合金相的形貌、分布及成分组成通过Supra55扫描电镜(SEM)、X-Max1004能谱仪 (EDS) 分析， 利用DSC Q2000 v24.10差热分析仪分析合金熔点及凝固区间,合金力学性能通过AG一100 Plus电子拉伸试验机测试。

2实验结果

2.1 合金显微组织对比

图2为两种合金的压铸态金相组织，可以看出两种合金铸态组织均为细小等轴晶分布，无粗大枝晶形成，晶粒大小差异较小，均在10um以内，无明显缺陷生成。

图3及表2分别为AICeLa44及AICeLaSm44的 SEM 图和EDS 能谱分析 ， 图中可以看出两种合金第二相存在明显差异。AICeLa44第二相形态为规则针片状组织（图3A1)，沿晶界分布且存在聚集现象，还有部分沿晶界弥散分布的块状相（图3B1)，结合表2可知针片状相为Al11 (ceLa)3相，块状相为Al2(CeLa)；AICeLaSm44第二相沿晶界分布，形态有所不同，为杂乱短棒状（图3A2）及弥散块状分布相（图3B2），且棒状也存在聚集现象。由表2分析可知强化相为棒状Al11 (CeLaSm) 3相及块状A12(CeLaSm)相，说明引入微量Sm元素后可以改变 AICeLa44第二相形态。另外，Sm元素在Mg中固溶度（5.3wt%)比ceLa（0.5wt%)要大，我们期望Sm加入可以起到部分固溶强化作用。但表2中EDS结果显示a-Mg基体中没有Sm元素存在，只检测到少量 Al含量，说明压铸态下Sm固溶效果较差，主要以第二相弥散强化方式存在。这主要因为压铸态下合金冷却速度较快，凝固过程中Sm富集于凝固前言，优先与Al结合生成Al-sm强化相，降低熔体中Sm元素含量，使固溶效果减小。由此可见，AICeLa44与AICeLaSm44合金压铸态强化方式皆为第二相弥散强化，但第二相形态有所不同，且AICeLaSm44合金引入了新的Al-Sm强化相。

2.2 合金力学性能对比

图4给出了两种合金不同温度下的力学性能，图中可以看到随温度升高两种合金强度均下降，但幅度一致。 可以看到AICeLaSm44合金抗拉强度室

温下为256MPa,较AICeLa44有少量提高，高温强度一致。屈服强度室温及150 ℃下分别为1041fPa及104MPa二者区别不大。两种合金延伸率相近，室温及150 ℃下分别为13％及30％。一方面， 两种合金强化方式一致， 均为第二相弥散强化，强化相形态虽有所不同， 其强化效果有待进一步研宄， 但从结果来看， 规则有序针状形态与短棒状强化效果相差不大；另一方面AICeLaSm44合金引入了高熔点相Al11 Sm3及A12Sm,但Sm加入量较少，对强化效栗影响不大。

2.3铸造性能及成本对比

考虑两种合金产业化必须而对的生产问韙，我们对两种合金的成型性能及成本做了对比．图5为两种合金的DSC分析结果，表3列出了两种合全的流动性结果；图3表明AICeLaSm44与AICeLa44、合金熔点相当，且二者凝周区回分别为9.65℃与13.8℃，说明两种合金铸造性能相差不大。这从表3中也可以看出，两种合金流动性基本一致，分别为1150-1250mm及“1150-1300mm，在压铸过程中发现两种合金样品成型性能基本一致。

另外对比了两种合金的成本，相比AICeLa44， AICeLaSm44合金原材料采购成本要低9％左右，可以眼大程度降低产品成本，扩大其应用。

3结论

（1） AICeLaSm44合金与AICeLa44合金压铸态显微组织均为细小等轴晶分布， 晶粒大小相差不大，组织无明显缺陷。

（2）AICeLaSm44合金强化相为短棒状聚集分布的Al 11 (CeLaSm) 3相及弥散块状分布的A12(CeLaSm)相；AICeLa44强化相为沿晶界呈规则针片状聚集分布的Al11（ceLa）3相及弥散分布的块状A12 (ceLa)相，两种合金压铸态下强化方式均为第二相弥散强化：

（3）两种合金室温及高温性能基本一致，室温下Al(CeLaSm) 4合金抗拉强度略高，达到256 MPa，屈服强度为140 MPa，延伸率为13％。150 ℃下Al(CeLaSm)44合金抗拉强度为143MPa，屈服强度为104MPa,一伸率为30%。

（4）AICeLaSm44合金与AICeLa44合金熔点相近，压铸性能一致，且AICeLaSm44合金制备成本较 AICeLa44合金可降低9.3％。

（5）作为一款压铸耐热镁合金 ， AICeLaSm44合金在降低成本的同时，保持合金固有的优良力学性能及铸造性能，使其具备替代AE44及AICeLa44 的能力和条件，同时对优化我国稀土资源配置也具有一定的推动作用。