一种自生准晶增强型镁合金材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种自生准晶增强型镁合金材料的制备方法，是针对镁基材料存在硬度低、抗拉强度低的情况，以镁合金为基体、镁锌钇自生准晶为增强相，经在真空熔炼炉熔炼、电磁搅拌、半固态铸造、挤压成型，然后进行热处理，制成自生准晶增强型镁合金材料，此制备方法工艺先进，工序严密，数据精确翔实，制备的自生准晶增强型镁合金材料硬度达98.9HV，抗拉强度达298MPa，延伸率达9.2％，是先进的自生准晶增强型镁合金材料的制备方法。

Preparation method of autogenous quasicrystal reinforced magnesium alloy material

The present invention relates to a preparation method of in-situ quasicrystalline reinforced magnesium alloy material. In view of the low hardness and tensile strength of magnesium-based material, magnesium alloy is used as matrix, magnesium zinc yttrium in-situ quasicrystal is used as reinforcement phase, which is melted in a vacuum smelting furnace, electromagnetic stirring, semi-solid casting, extrusion molding, and then hot spot is carried out. The hardness, tensile strength and elongation of the alloy are 98.9 HV, 298 MPa and 9.2% respectively. It is an advanced preparation method of the alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种自生准晶增强型镁合金材料的制备方法
本专利技术涉及一种自生准晶增强型镁合金材料的制备方法，属有色金属材料制备及应用的

技术介绍
镁合金是以镁为基体加入其他元素组成的合金，其特点是：镁合金材料具有密度低，镁的比重是铝的2/3，是铁的1/4；且具有较佳的比强度、比刚性、减振性、易于切削性以及易于铸造等特征；在航空航天、汽车工业结构件上起着重要的作用；但是镁合金存在强度较低、不耐氧化和在高温中抗蠕变性能很差，这些均限制了它的应用；因此，常常加入其他元素以提高镁合金的力学性能。准晶具有长程准周期性平移序和非晶体学旋转对称性的固态有序相，由于高脆性的特征，导致Mg系准晶很难直接用作结构材料使用，但是它具备硬度高、低表面能、与镁基体间良好结合特性，可以应用于镁基体材料的韧性增强相，使镁合金的力学性能得到提高；自生准晶就是在镁合金凝固过程中形成的准晶相，利用这些凝固过程中形成的准晶相可以增强镁合金，减少了准晶颗粒的预制、处理和引入等复杂制备过程，工艺的简化便于进行规模化生产。半固态是指从液态冷却至固态，或从固态加热至液态的中间阶段。在固液共存阶段对金属材料进行加工，综合了凝固加工和变形加工的长处，即加工温度比液态凝固低，材料变形抗力比固态形变小；半固态金属所具有的特殊热力学状态及组织特性，不仅可以避免传统凝固后期形成的枝晶网络，提高合金凝固补缩能力，减少或消除缩松及热裂，同时可以减小材料变形抗力，为解决变形加工面临的障碍也提供了有效途径；半固态成形技术在近净成形汽车、摩托车零部件中具有很大优势；此外，该技术具备的高效率、低能耗、高性能等优点可满足现代制造业的要求，因此被誉为21世纪最有前景的金属材料加工技术之一。目前，用自生准晶增强镁合金材料还处于研究阶段，其工艺技术还有待提高。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是针对
技术介绍
的情况，以镁为基体，加入锌、镁钇中间合金，使自生的镁锌钇准晶为增强相，经真空感应熔炼炉熔炼、电磁搅拌、半固态铸造、挤压，制成自生准晶增强型镁合金材料，以大幅提高镁基合金的力学性能。技术方案本专利技术中使用的化学物质材料为：镁、锌、镁钇中间合金、氧化锌、去离子水、水玻璃、丙酮、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位制备方法如下：(1)制备开合式模具①制备开合式浇铸模具开合式浇铸模具用不锈钢材料制作，模具型腔呈矩形，型腔尺寸为120mm×30mm×50mm，型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm；②制备开合式挤压模具开合式挤压模具用铬钼钢制作，模具型腔呈矩形，型腔尺寸为120mm×30mm×50mm，型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm；(2)配制涂覆剂称取氧化锌50g±1g、水玻璃10g±1g，量取去离子水500mL±1mL，加入混浆机中进行搅拌，搅拌转数50r/min，搅拌时间80min；搅拌后成乳白色悬浮状液体，即涂覆剂；(3)预处理镁、锌、镁钇中间合金①将镁、锌、镁钇中间合金用机械切制成小块体，小块体尺寸≤50mm×50mm×50mm；②预热，将金属块置于加热炉内预热，预热温度180℃，预热时间30min；(4)熔炼制备自生准晶增强型镁合金材料自生准晶增强型镁合金材料的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热、抽真空、氩气底吹、浇铸成型过程中完成的；①打开真空熔炼炉，清理石墨熔炼坩埚内部，并用丙酮清洗，使坩埚内部洁净；将镁块1500g±0.1g置于坩埚底部；②关闭中频感应熔炼炉，并密闭；开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强≤1Pa；③在石墨坩埚底部通入氩气底吹管，向坩埚内输入氩气，氩气底吹速度300cm3/min，使炉内压强恒定在1个大气压，并由出气管阀调控；④开启中频感应加热器，开始加热，加热温度750℃±2℃，加热、氩气底吹时间10min；⑤将镁钇中间合金230±0.1g从真空熔炼炉的送料口输送至熔炼坩埚内；继续加热熔炼，继续用搅拌器搅拌，时间为10min；⑥将锌块300g±0.1g从真空熔炼炉的送料口输送至熔炼坩埚内；继续加热熔炼，继续用搅拌器搅拌，时间为10min，成合金熔液；⑥电磁搅拌停止加热，使坩埚内的镁合金熔液温度冷却至580℃保温，并用电磁搅拌器进行搅拌，搅拌时间为2min；合金溶液在电磁搅拌过程中，成半固态状；⑦浇铸成型将合金液对准预热到200℃的浇铸模具型腔，铸满为止，即完成了浇铸成型；⑧保温，将浇注得到的半固态浆料在保温炉中保温，保温温度为580℃；(6)挤压成型挤压成型是在立式挤压铸造机上进行的；将开合式挤压模具凹模垂直置于挤压机的工作台上；将在保温炉中保温的半固态浆料浇入到挤压模具的凹模中；将凸模垂直于挤压机上部，并对准凹模；开启挤压机，凸模垂直对凹模内的铸件进行挤压，挤压压强为100MPa，保压时间20s；挤压后即为自生准晶增强型镁合金材料；(7)脱模、冷却挤压后继续施压，使铸件脱出，在空气中冷却至25℃；(8)固溶处理将自生准晶增强型镁合金材料块体置于真空热处理炉内进行热处理，热处理温度500℃，真空度2Pa，恒温保温4h；恒温保温后，迅速将铸件放到60℃的水中进行淬火处理，淬火时间20s；(9)时效处理将淬火后的铸件置于另一热处理炉内进行时效处理，时效温度为180℃，保温时间为10h；保温后，停止加热，随热处理炉冷却至25℃：(10)检测、分析、表征对制备的自生准晶增强型镁合金材料的形貌、色泽、金相组织、力学性能进行检测、分析、表征；用扫描电镜进行形貌分析；用金相分析仪进行金相组织分析；用X射线衍射仪进行XRD分析；用微机控制电子万能试验机进行抗拉强度分析；用维氏显微硬度计进行硬度分析；结论：自生准晶增强型镁合金材料为块体，硬度达98.9HV，抗拉强度达297MPa，延伸率达9.2％。有益效果本专利技术与
技术介绍
相比具有明显的先进性，是针对镁基材料存在硬度低、抗拉强度低的情况，以镁合金为基体、镁锌钇自生准晶为增强相，经在真空熔炼炉熔炼、电磁搅拌、半固态铸造、挤压成型，然后进行热处理，制成自生准晶增强型镁合金材料，此制备方法工艺先进，工序严密，数据精确翔实，制备的自生准晶增强型镁合金材料硬度达98.9HV，抗拉强度达298MPa，延伸率达9.2％，是先进的自生准晶增强型镁合金材料的制备方法。附图说明图1，自生准晶增强型镁合金材料X射线衍射强度图谱；图2，自生准晶增强型镁合金材料金相显微组织图；图3，自生准晶增强型镁合金材料透射及电子衍射图；图4，自生准晶增强型镁合金材料断口形貌图；以下结合附图对本专利技术作进一步说明：图1所示，为自生准晶增强型镁合金材料X射线衍射强度图谱，图中可以看出在铸件中检测到了准晶相的存在，说明准晶很好的分布在合金的组织内部。图2所示，为自生准晶增强型镁合金材料金相显微组织图，图中可以看出金相显微组织致密性良好，并且近球状组织较多。图3所示，为自生准晶增强型镁合金材料透射及电子衍射图，a图为镁合金透射图，b图为五次旋转对称电子衍射图，c图为三次旋转对称电子衍射图，d图为二次旋转对称电子衍射图。图中可以看出所选区域有五次、三次和二次旋转对称，说明所选区域的相为二十面体准晶相。图4所示，为自生准晶增强型镁合金材料断口形貌图，图中可以看出拉伸试样的断口形貌中河流状花纹数量较多，滑移面较多，具有韧性断裂的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自生准晶增强型镁合金材料的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁、锌、镁钇中间合金、氧化锌、去离子水、水玻璃、丙酮、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位

【技术特征摘要】
1.一种自生准晶增强型镁合金材料的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁、锌、镁钇中间合金、氧化锌、去离子水、水玻璃、丙酮、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位制备方法如下：(1)制备开合式模具①制备开合式浇铸模具开合式浇铸模具用不锈钢材料制作，模具型腔呈矩形，型腔尺寸为120mm×30mm×50mm，型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm；②制备开合式挤压模具开合式挤压模具用铬钼钢制作，模具型腔呈矩形，型腔尺寸为120mm×30mm×50mm，型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm；(2)配制涂覆剂称取氧化锌50g±1g、水玻璃10g±1g，量取去离子水500mL±1mL，加入混浆机中进行搅拌，搅拌转数50r/min，搅拌时间80min；搅拌后成乳白色悬浮状液体，即涂覆剂；(3)预处理镁、锌、镁钇中间合金①将镁、锌、镁钇中间合金用机械切制成小块体，小块体尺寸≤50mm×50mm×50mm；②预热，将金属块置于加热炉内预热，预热温度180℃，预热时间30min；(4)熔炼制备自生准晶增强型镁合金材料自生准晶增强型镁合金材料的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热、抽真空、氩气底吹、浇铸成型过程中完成的；①打开真空熔炼炉，清理石墨熔炼坩埚内部，并用丙酮清洗，使坩埚内部洁净；将镁块1500g±0.1g置于坩埚底部；②关闭中频感应熔炼炉，并密闭；开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强≤1Pa；③在石墨坩埚底部通入氩气底吹管，向坩埚内输入氩气，氩气底吹速度300cm3/min，使炉内压强恒定在1个大气压，并由出气管阀调控；④开启中频感应加热器，开始加热，加热温度750℃±2℃，加热、氩气底吹时间10min；⑤将镁钇中间合金230±0.1g从真空熔炼炉的送料口输送至熔炼坩埚内；继...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宇宏，王冰，赵宝军，邓世杰，侯华，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14