一種高強鎂合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高強鎂合金及其制備方法,尤其是一種納米添加物增強鎂合金及 其制備方法。
【背景技術】
[0002] 鎂合金是一種低密度的金屬材料,作為工程材料,其結構輕、耐氧化,目前已經(jīng)在 手持電子設備、汽車、航空航天等領域中應用。不過,鎂合金的強度并不高。作為工程材料, 人們通常期望高強度的材料,但是,由于鎂合金的原子結構特點,其塑性差,目前傳統(tǒng)的加 工手段不能得到高強度的鎂合金。
[0003] 中國專利102766774A提供了一種鎂合金摻雜SiC顆粒的增強方法,針對鎂合金 模量低、強度低、易磨損、耐高溫性能差、熱膨脹系數(shù)高的情況,采用在熔煉鎂合金塊過程中 摻雜細碳化硅和粗碳化硅顆粒,然后進行澆鑄、加壓和熱擠壓成型,大幅度提高鎂合金的屈 服強度、硬度和耐磨性能,使屈服強度達328MPa±2MPa,硬度達120HV±5HV,耐磨性提高了 80%,此方法工藝先進新穎,數(shù)據(jù)準確翔實,增強效果好,是十分理想的鎂合金摻雜SiC顆粒 的增強方法。
[0004] 中國專利103320631A提供了一種鎂合金摻雜SiC顆粒的增強方法,其使用的化 學物質(zhì)材料為:鎂合金塊、細碳化硅、粗碳化硅、氫氟酸、去離子水、六氟化硫、二氧化碳。鎂 合金摻雜SiC顆粒的增強方法如下:(1)精選化學物質(zhì)材料:對使用的化學物質(zhì)材料進行精 選,并進行質(zhì)量純度、濃度控制;(2)預處理碳化硅;(3)熔鑄鎂合金、摻雜SiC顆粒熔煉鎂 合金、摻雜SiC顆粒是在熔煉坩堝中進行的,是在加熱、攪拌、氣體保護下完成的;(4)澆鑄 成錠、加壓凝固;(5)熱擠壓鎂合金復合材料鑄錠的熱擠壓是在熱擠壓機上進行的,是在圓 筒形模具內(nèi)、在加壓過程中完成的;(6)冷卻將經(jīng)過熱擠壓的鎂合金復合材料棒,埋入細砂 中,使其自然冷卻至25°C; (7)清理將熱擠壓、冷卻后的鎂合金復合材料棒用砂紙打磨,使表 面光潔;(8)檢測、分析和表征對制備的鎂合金復合材料棒的色澤、顯微組織、力學性能、耐 磨性進行檢測、分析和表征;結論:摻雜SiC顆粒的鎂合金復合材料棒為銀白色,顯微組織 致密,細SiC顆粒和粗SiC顆粒在鎂合金棒中分布均勻,屈服強度達320MPa±2MPa,硬度達 120HV±5HV,耐磨性提高80%。
[0005] 中國專利CN104109790A提供了一種高強鎂合金材料及其制備方法,該鎂合 金材料組分中包含鋁(A1),鋅(Zn),氯化錳(MnCl2),碳化硅(SiC)晶粒,鈹(Be), 鎂(Mg),其中,鎂合金材料各組分組成按重量百分比分別為:鋁(A1) :10.5-12%,鋅 (Zn) :6-7%,氯化錳(MnCl2) :0.6-1. 5%,碳化硅(SiC)晶粒:2-3. 5%,鈹(Be): 0.01-0. 03%,余量為鎂(Mg)。本發(fā)明所提供的高強鎂合金材料及其制備方法,通過連續(xù) 鑄造的方式取代傳統(tǒng)的擠壓工藝,以短流程的方式完成鎂合金的生產(chǎn),縮短了生產(chǎn)流程, 節(jié)約了成本,所制備的鎂合金材料相比于傳統(tǒng)的鎂合金材料,在抗拉強度、屈服強度、延伸 率、彈性模量、硬度等方面均得到明顯改善。該發(fā)明制備的合金的強度最高可達到380MPa, 不過其延伸率很低,只有5%。
[0006] 中國專利104213008A公開了一種新型高強度鎂合金及其制備方法。其組成重量 百分比為:鎢鈦合金為5%~35%,鎂鋁合金為65%~95%。鎢鈦合金的加入,改善了鎂鋁合金 的固溶和時效行為,改善其組織和性能。其抗拉強度和屈服強度分別為(486~378)MPa和 (400~320)MPa,相比鎂鋁合金的 320MPa和 269MPa,分別提高了 52%~18% 和 48%~18%。
[0007] 以上發(fā)明都致力于提高鎂合金的性能特別是強度性能,不過,其發(fā)明的鎂合金的 屈服強度都在400MPa以下,其強度與目前長用的工程材料還有較大的差距。
[0008]
【發(fā)明內(nèi)容】
: 發(fā)明目的:為了拓展鎂合金的應用領域,發(fā)揮其低密度的有點,本發(fā)明提供了一種高強 度鎂合金及其制備方法。
[0009] 本發(fā)明的技術方案如下: 采用在納米顆粒增強的方法,在熔煉的過程中向鎂合金中摻入添加物,分散均勻,緩慢 冷卻并抽真空讓納米顆粒進一步提高濃度,然后在高壓下采用扭曲變形的方式,進一步細 化晶粒,提高合金的強度。根據(jù)本發(fā)明,可以制備一種納米顆粒增強的高強鎂合金。其顯微 組織中的平均晶粒直徑在100納米以下,納米顆粒的直徑在200納米以下,鎂合金的屈服強 度在400MPa以上。
[0010] 具體制備方法包括以下步驟: (1) 準備原料:準備99. 9%以上的高純鎂與高純合金元素,以及平均粒徑為200納米以 下的納米添加物; (2) 熔煉合金:將高純鎂與合金元素按照一定的原子比例配料,在保護氣氛中熔煉, 熔煉過程中加入納米添加物,保持溫度在700 °C,采用超聲的方法進行分散; (3) 對合金錠進行緩慢冷卻,在冷卻的過程中保持抽真空狀態(tài),真空度低于5torr; (4) 冷卻后,將合金錠加工成圓盤狀; (5) 將步驟(4)處理的粗晶合金圓盤放入上、下兩個壓砧中的凹槽形成的空間內(nèi),對 合金施加高壓,并旋轉壓砧以扭轉合金圓盤,使之發(fā)生扭曲形變。
[0011] 其中,步驟(1)中的保護氣體為〇)2與SF6的混合氣體,步驟(3)中,冷卻速度小 于每秒0. 5k;步驟(5)中合金承受的壓力為1. 5-5GPa;旋轉速度每分鐘2~5轉,一共旋轉 3-20 圈。
[0012] 本發(fā)明所采用的納米添加物包含但不限于碳化硅、氧化硅、氧化鈦;本發(fā)明所采用 的合金元素包含但不限于鋅、鋁、銅、鐵、錳、鉬、鈦。
[0013] 作為優(yōu)選,0)2與SF6的體積比的范圍是50:1~100:1; 作為優(yōu)選,步驟(2)中所加入的添加物顆粒占合金的質(zhì)量分數(shù)為1. 5~5%; 作為優(yōu)選,所采用的納米添加物的顆粒度平均為60-120納米。
[0014] 有益的效果: 本發(fā)明采用高強度的納米添加物的顆粒作為增強顆粒,不僅可以起到細化晶粒的作 用,而且可以作為位錯運動的障礙,阻止金屬的位錯移動,從而強化金屬;同時,細化晶粒能 夠起到改善合金塑性的作用。
[0015] 本發(fā)明采用高溫金屬液體狀態(tài)下進行超聲分散,有效解決了納米顆粒在金屬中很 難分散均勻的問題。在液態(tài)金屬狀態(tài)下使用超聲分散,可以將納米顆粒分散均勻,以解決傳 統(tǒng)混合、攪拌等技術中納米顆粒分散不好的缺陷。熔煉后采用緩慢冷卻,同時保持真空度, 可以使鎂的金屬蒸汽不斷地被抽出,降低合金中鎂的含量,從而提高合金中納米顆粒的體 積分數(shù),進一步增強納米顆粒強化的效果;同時合金元素的含量也會增加。
[0016] 在施加高壓扭曲形變的過程中,合金基體中較大的晶粒被分解成更細小的納米晶 粒。最終合金的平均晶粒直徑一般在100納米以下,根據(jù)霍爾-配奇關系,晶粒變得細小, 可以使得合金的強度更高,同時,也可以改善合金的塑性。通過本發(fā)明制備的鎂合金,其屈 服強度可以高達400MPa以上,可以應用于汽車輕量化工程、航天航空工程等領域。鎂合金 的平均晶粒在1〇〇納米以下,合金的屈服強度在400M