新型超高强变形镁合金材料的研究开发与应用

新型超高强变形镁合金材料的研究开发与应用

推荐单位：中国有色金属工业协会

推荐奖种：技术发明奖

完成人：张奎（北京有色金属研究总院）；熊柏青（北京有色金属研究总院）；李兴刚（北京有色金属研究总院）；王献文（西南铝业（集团）有限责任公司）；李

永军（北京有色金属研究总院）；林海涛（西南铝业（集团）有限责任公司）项目简介：

镁合金具有比重轻、可回收、资源保障性好等优点，长期以来，其技术发展与应用得到了全世界的广泛关注。与一般的镁合金相比，稀土镁合金（Mg-RE合金）具有比强度高、耐热性好的优点，是镁合金领域的一个重要发展方向。历史上，国际上的研究工作一直集中在铸造Mg-RE合金方面，一些高性能铸造Mg-RE合金已在工业发达国家的汽车、军事等领域中获得了实际应用。随着应用领域对镁合金综合性能要求的不断提高，尤其是在一些对材料强度、延伸率、耐热性等要求更高的应用场合，铸造Mg-RE合金的综合性能已经不能满足使用要求，因此，迫切需要发展具有更高综合性能的变形Mg-RE合金产品与成套制备加工新技术。

本项目在国家科技支撑计划、973计划、国家配套计划等的支持下，从“十一五”开始，围绕超高强变形Mg-RE合金理论与技术，开展了全面的创新研发工作：

1、通过对Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Gd-Y和Mg-Gd-Y-Nd等稀土镁合金的固溶规律和原子间作用机制的系统研究，发明了Mg-Gd-Y-Nd-Zr新型超高强变形镁合金，并注册了合金牌号EW75，在新型合金EW75中首次发现了纳米尺度的、与基体完全共格的新型时效强化相，同时发现主要沉淀强化相β'相的结构为Mg7RE型而非Mg5RE型，揭示了新型合金材料超高强的机理；

2、发明了镁合金熔体的多级吸附过滤纯净化技术，设计并制造了大尺寸镁合金铸锭纯净化熔炼设备，并在工业化生产中实现规模应用；

3、基于合金微观组织和综合性能的全过程控制，成功开发出新型超高强变形镁合金大尺寸铸锭“多级均匀化处理＋多向锻压开坯＋直接挤压变形＋在线多级余热淬火＋预拉伸+直接峰时效处理”成套工艺技术，发明了锻压平砧在线加热装置，实现了大尺寸镁合金铸锭的近等温锻压变形，大幅度提高了材料性能的稳定性。

在本项目研究过程中，申请国家专利14项，其中发明专利8项和实用新型专利2项已获授权；注册了1个新型镁合金牌号，形成企业标准1项，发表科学论文36篇，其中22篇被SCI和EI收录。本项目成果已实现工业化生产，围绕我国最新型防空武器研制和生产制造的紧迫需求，近三年累计生产新型超高强变形Mg-RE合金制品1000余件，实现产值和销售额近500万元、净利润约50万元，在我国最新型防空武器弹翼系统获得实际应用，实

现弹翼系统减重7Kg，为该型号实现总体目标起到了重要的作用，为定型批产列装以及弹翼系统用材的升级换代提供了坚实保障。特别值得指出的是，在本项目成果的首次应用取得全面成功后，已有多个新型武器型号、民用装备等开始对本项目开发的新型超高强变形Mg-RE 合金产品进行应用评价考核，包括锻件产品、挤压材产品、中厚板产品等，由此可见，本项目的研发成果具有广阔的推广应用前景，社会效益显著。

本项目研制生产的EW75合金产品性能居国际领先水平，在我国某新型重点工程上的批量应用填补了国内超高强变形镁合金及其在重点工程中应用的空白。此外，本项目发展了变形镁合金成分设计和强韧化理论，创建了完整的制备加工成套技术体系，在超高强变形镁合金领域，整体技术达到了国际领先水平。

完成人及技术贡献：

（1）张奎，项目总负责人，领导项目总体研究方案制定并主持全面研究工作，项目核心发明专利的第一发明人，是项目发明点1、2、3的主要完成人。

（2）熊柏青，共同领导项目总体研究方案制定，新型合金微观组织设计与全过程控制方案的提出者，项目核心发明专利的发明人，对项目发明点1、2、3有突出贡献。

（3）李兴刚，参与项目总体研究方案制定，负责铸锭熔炼制备及工业化生产研究方案制定和组织实施工作，项目核心发明专利的发明人，对项目发明点1、2、3有突出贡献。

（4）王献文，负责新型超高强变形镁合金EW75合金材料工业化生产方案的制定与实施，项目相关发明专利的发明人，对发明点3有突出贡献。

（5）李永军，参与项目总体研究方案制定，全面参与了新型合金的研发及工业化生产应用工作，项目核心发明专利的发明人，对项目发明点1、2、3有突出贡献。

（6）林海涛，具体负责工业化条件下EW75镁合金铸锭均匀化热处理、多向锻压开坯工艺以及该合金大型锻件的锻压工艺研究，对项目发明点3有突出贡献。

本项目曾获科技奖励情况：

新型超高强变形镁合金材料的研究开发与应用获2013年中国有色金属工业科学技术一等奖。

主要知识产权证明目录（不超过10件）：

知识产权类别知识产权

具体名称

国家

（地区）

授权号权利人发明人

发明专利抗蠕变镁合金及其

制备方法

中国

ZL2007101182

87.8

北京有色金

属研究总院

张奎, 李兴刚, 米绪军, 熊柏青,

李永军

发明专利高强度的耐热镁合

金及其熔炼方法

中国

ZL2006101126

27.1

北京有色金

属研究总院

张奎, 李兴刚, 米绪军, 熊柏青,

李永军

发明专利镁合金纯净化熔炼

设备

中国

ZL2008102276

02.5

北京有色金

属研究总院

张奎, 李兴刚, 米绪军, 熊柏青,

刘正, 李伟, 李永军, 徐玉磊

发明专利一种金属镁熔液或

者镁合金熔液过滤

材料与过滤器

中国

ZL2009100779

36.3

北京有色金

属研究总院

张奎, 李兴刚, 贾廷庆, 张鸿金,

李永军, 徐玉磊, 马鸣龙

发明专利一种高韧性的耐热

镁合金的熔炼方法

中国

ZL2005101304

70.0

北京有色金

属研究总院

张奎, 李兴刚, 米绪军, 熊柏青,

李永军

实用新型锻压平砧或模具在

线加热装置

中国

ZL2011200415

80.0

北京有色金

属研究总院

张奎, 李兴刚, 李永军, 李伟, 曹

贤跃, 王献文, 陈学梅, 陈丽芳,

张跃

发明专利镁合金熔炼方法中国ZL2005101233

09.0

北京有色金

属研究总院

张奎, 李兴刚, 罗文, 米绪军, 焦

红忠, 熊柏青, 孙银祥, 李永华

发明专利一种高强度的耐热

镁合金及其熔炼方

法

中国

ZL2006101126

22.9

北京有色金

属研究总院

张奎, 李兴刚, 米绪军, 熊柏青,

李永军

发明专利一种耐热镁合金及

其制备方法

中国

ZL2006101141

77.X

北京有色金

属研究总院

张奎, 李兴刚, 罗文, 米绪军, 焦

红忠, 熊柏青, 孙银祥, 李永军

合金牌号镁合金牌号中国EW75M 北京有色金

属研究总院

张奎