一种高强镁合金及其制备方法技术

一种高强镁合金及其制备方法，本发明专利技术采用在镁合金中掺入纳米添加物，得到了一种高强度的镁合金。其中纳米添加物的平均直径在200纳米以下，所得到的镁合金的平均晶粒在100纳米以下，合金的屈服强度可达400MPa以上。该镁合金通过熔炼、掺入纳米颗粒并分散、冷却、扭曲变形等步骤制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其是一种纳米添加物增强镁合金及 其制备方法。
技术介绍
镁合金是一种低密度的金属材料，作为工程材料，其结构轻、耐氧化，目前已经在 手持电子设备、汽车、航空航天等领域中应用。不过，镁合金的强度并不高。作为工程材料， 人们通常期望高强度的材料，但是，由于镁合金的原子结构特点，其塑性差，目前传统的加 工手段不能得到高强度的镁合金。 中国专利102766774A提供了一种镁合金掺杂SiC颗粒的增强方法，针对镁合金 模量低、强度低、易磨损、耐高温性能差、热膨胀系数高的情况，采用在熔炼镁合金块过程中 掺杂细碳化硅和粗碳化硅颗粒，然后进行浇铸、加压和热挤压成型，大幅度提高镁合金的屈 服强度、硬度和耐磨性能，使屈服强度达328MPa±2MPa，硬度达120HV±5HV，耐磨性提高了 80%，此方法工艺先进新颖，数据准确翔实，增强效果好，是十分理想的镁合金掺杂SiC颗粒 的增强方法。 中国专利103320631A提供了一种镁合金掺杂SiC颗粒的增强方法，其使用的化 学物质材料为：镁合金块、细碳化硅、粗碳化硅、氢氟酸、去离子水、六氟化硫、二氧化碳。镁 合金掺杂SiC颗粒的增强方法如下：（1)精选化学物质材料：对使用的化学物质材料进行精 选，并进行质量纯度、浓度控制；（2)预处理碳化硅；（3)熔铸镁合金、掺杂SiC颗粒熔炼镁 合金、掺杂SiC颗粒是在熔炼坩埚中进行的，是在加热、搅拌、气体保护下完成的；（4)浇铸 成锭、加压凝固；（5)热挤压镁合金复合材料铸锭的热挤压是在热挤压机上进行的，是在圆 筒形模具内、在加压过程中完成的；（6)冷却将经过热挤压的镁合金复合材料棒，埋入细砂 中，使其自然冷却至25°C; (7)清理将热挤压、冷却后的镁合金复合材料棒用砂纸打磨，使表 面光洁；（8)检测、分析和表征对制备的镁合金复合材料棒的色泽、显微组织、力学性能、耐 磨性进行检测、分析和表征；结论：掺杂SiC颗粒的镁合金复合材料棒为银白色，显微组织 致密，细SiC颗粒和粗SiC颗粒在镁合金棒中分布均匀，屈服强度达320MPa±2MPa，硬度达 120HV±5HV，耐磨性提高80%。 中国专利CN104109790A提供了一种高强镁合金材料及其制备方法，该镁合 金材料组分中包含铝（A1)，锌（Zn)，氯化锰（MnCl2)，碳化硅（SiC)晶粒，铍（Be)， 镁（Mg)，其中，镁合金材料各组分组成按重量百分比分别为：铝（A1) :10.5-12%，锌 (Zn) :6-7%，氯化锰（MnCl2) :0.6-1. 5%，碳化硅（SiC)晶粒：2-3. 5%，铍（Be): 0.01-0. 03%，余量为镁（Mg)。本专利技术所提供的高强镁合金材料及其制备方法，通过连续 铸造的方式取代传统的挤压工艺，以短流程的方式完成镁合金的生产，缩短了生产流程， 节约了成本，所制备的镁合金材料相比于传统的镁合金材料，在抗拉强度、屈服强度、延伸 率、弹性模量、硬度等方面均得到明显改善。该专利技术制备的合金的强度最高可达到380MPa， 不过其延伸率很低，只有5%。 中国专利104213008A公开了一种新型高强度镁合金及其制备方法。其组成重量 百分比为：钨钛合金为5%~35%，镁铝合金为65%~95%。钨钛合金的加入，改善了镁铝合金 的固溶和时效行为，改善其组织和性能。其抗拉强度和屈服强度分别为（486~378)MPa和 (400~320)MPa，相比镁铝合金的 320MPa和 269MPa，分别提高了 52%~18% 和 48%~18%。 以上专利技术都致力于提高镁合金的性能特别是强度性能，不过，其专利技术的镁合金的 屈服强度都在400MPa以下，其强度与目前长用的工程材料还有较大的差距。
技术实现思路
： 专利技术目的：为了拓展镁合金的应用领域，发挥其低密度的有点，本专利技术提供了一种高强 度镁合金及其制备方法。 本专利技术的技术方案如下： 采用在纳米颗粒增强的方法，在熔炼的过程中向镁合金中掺入添加物，分散均匀，缓慢 冷却并抽真空让纳米颗粒进一步提高浓度，然后在高压下采用扭曲变形的方式，进一步细 化晶粒，提高合金的强度。根据本专利技术，可以制备一种纳米颗粒增强的高强镁合金。其显微 组织中的平均晶粒直径在100纳米以下，纳米颗粒的直径在200纳米以下，镁合金的屈服强 度在400MPa以上。 具体制备方法包括以下步骤： (1) 准备原料：准备99. 9%以上的高纯镁与高纯合金元素，以及平均粒径为200纳米以 下的纳米添加物； (2) 熔炼合金：将高纯镁与合金元素按照一定的原子比例配料，在保护气氛中熔炼， 熔炼过程中加入纳米添加物，保持温度在700 °C，采用超声的方法进行分散； (3) 对合金锭进行缓慢冷却，在冷却的过程中保持抽真空状态，真空度低于5torr; (4) 冷却后，将合金锭加工成圆盘状； (5) 将步骤（4)处理的粗晶合金圆盘放入上、下两个压砧中的凹槽形成的空间内，对 合金施加高压，并旋转压砧以扭转合金圆盘，使之发生扭曲形变。 其中，步骤（1)中的保护气体为〇)2与SF6的混合气体，步骤（3)中，冷却速度小 于每秒0. 5k;步骤（5)中合金承受的压力为1. 5-5GPa;旋转速度每分钟2~5转，一共旋转 3-20 圈。 本专利技术所采用的纳米添加物包含但不限于碳化硅、氧化硅、氧化钛；本专利技术所采用 的合金元素包含但不限于锌、铝、铜、铁、锰、钼、钛。 作为优选，0)2与SF6的体积比的范围是50:1~100:1; 作为优选，步骤（2)中所加入的添加物颗粒占合金的质量分数为1. 5~5%; 作为优选，所采用的纳米添加物的颗粒度平均为60-120纳米。 有益的效果： 本专利技术采用高强度的纳米添加物的颗粒作为增强颗粒，不仅可以起到细化晶粒的作 用，而且可以作为位错运动的障碍，阻止金属的位错移动，从而强化金属；同时，细化晶粒能 够起到改善合金塑性的作用。 本专利技术采用高温金属液体状态下进行超声分散，有效解决了纳米颗粒在金属中很 难分散均匀的问题。在液态金属状态下使用超声分散，可以将纳米颗粒分散均匀，以解决传 统混合、搅拌等技术中纳米颗粒分散不好的缺陷。熔炼后采用缓慢冷却，同时保持真空度， 可以使镁的金属蒸汽不断地被抽出，降低合金中镁的含量，从而提高合金中纳米颗粒的体 积分数，进一步增强纳米颗粒强化的效果；同时合金元素的含量也会增加。 在施加高压扭曲形变的过程中，合金基体中较大的晶粒被分解成更细小的纳米晶 粒。最终合金的平均晶粒直径一般在100纳米以下，根据霍尔-配奇关系，晶粒变得细小， 可以使得合金的强度更高，同时，也可以改善合金的塑性。通过本专利技术制备的镁合金，其屈 服强度可以高达400MPa以上，可以应用于汽车轻量化工程、航天航空工程等领域。镁合金 的平均晶粒在1〇〇纳米以下，合金的屈服强度在400M当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强镁合金，其特征在于：该镁合金由镁及其合金元素以及纳米添加物构成；纳米添加物的平均直径在200纳米以下，镁合金的平均晶粒在100纳米以下。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何枇林，朱浩，李德辉，
申请(专利权)人：佛山市领卓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44