【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种纳米颗粒增强mg-sn二元合金及其制备方法，属于镁合金制造领域。
技术介绍
1、镁合金作为一种绿色金属材料，兼备低密度、高比刚度、优良的降噪抗震性能和良好的铸造性能，被广泛应用于交通运输、航空航天、电子通讯等领域。然而，镁合金的抗腐蚀性能、高温强度较差，其室温力学性能也仍需进一步提高，以满足更广泛的使用需求。现阶段主要通过合金化和热变形来有效提高镁合金的力学性能。其中经热变形后的镁合金性能虽能得到一定提高，但仍不理想；合金化作为一种最简单有效的强化手段，通过在mg-sn二元合金中添加合金元素能有效的改善其微观组织，从而提高合金性能，但同时也使合金成本提高，制备工艺愈发复杂。因此应用新型加工工艺实现低成本、高性能镁合金具有重大意义。
2、非析出mg2sn颗粒的粒径和分布状态对于mg-sn二元合金的力学性能有很大的影响，目前变形态mg-sn合金中mg2sn颗粒多为微米级，现有变形技术很难进一步细化mg2sn颗粒的尺寸。为了获得力学性能优良的颗粒增强mg-sn合金，现有方法可通过提高mg的含量增加mg-sn合金中的共晶相体积分数，但相应的会导致合金的延伸率降低，且将显著提高合金成本。在实际应用中，要求镁合金具有优良的综合力学性能，因此开发兼具优良的屈服强度、拉伸强度和延伸率的高性能mg-sn合金是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的专利技术目的是提供一种纳米颗粒增强mg-sn二元合金及其制备方法，该制备方法结合半固态等温处理和热挤压工艺，制备
2、本专利技术实现其专利技术目的所采取的技术方案是：一种纳米颗粒增强mg-sn二元合金及其制备方法，制备方法步骤如下：
3、a、按照设定的各组成元素的质量百分含量配比，制备铸态mg-sn二元合金；所述设定的各组成元素的质量百分含量分别为：1-14％sn，不可避免的杂质元素含量≤0.1％，其余为sn；
4、b、将步骤a制备的铸态mg-sn二元合金进行退火处理；
5、c、将步骤b得到的经过退火处理的mg-sn二元合金在300-400℃下保温2-4h后，进行热挤压，挤压温度为300-400℃，挤压速度为0.1-5mm/s，挤压比为9-30：1；
6、d、将步骤c得到的热挤压加工后的mg-sn二元合金置于热处理炉中，随炉升温至550-640℃进行半固态等温处理，保温0.1-4h，然后水冷淬火；
7、e、将步骤d得到的mg-sn二元合金在200-400℃下保温2-4h后，然后进行二次挤压，即可得到纳米颗粒增强mg-sn二元合金；所述二次挤压的挤压温度为200-400℃，挤压速度为0.1-5mm/s，挤压比为9-60：1。
8、本专利技术的反应原理是：步骤a得到的铸态mg-sn二元合金中共晶相形貌为微米级层片间距的共晶(α-mg+mg2sn)组织，经步骤b退火处理和步骤c热挤压加工后，使层片间距为微米级的共晶组织破碎为微米级mg2sn颗粒；然后再通过步骤d处理使微米级mg2sn颗粒转变为层片间距为纳米级的共晶(α-mg+mg2sn)组织；最后经过步骤e二次挤压后，使层片间距为纳米级的共晶组织破碎为纳米级mg2sn颗粒，弥散的分布于α-mg基体上，作为强化相提高mg-sn二元合金的力学性能，制备出了兼具优良的屈服强度、拉伸强度和延伸率的高性能mg-sn合金。
9、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
10、一、步骤a设定的组成元素的质量百分含量保证了通过后续步骤b、c、d的加工处理，可获得共晶(α-mg+mg2sn)层片间距为纳米级的mg-sn二元合金。
11、二、对铸态mg-sn二元合金进行均匀化退火可去除合金的应力，使其具有更好的变形加工性；再经过步骤c的热挤压处理即可获得具有微米级mg2sn颗粒的颗粒增强mg-sn二元合金。
12、三、步骤d对步骤c得到具有微米级mg2sn颗粒的颗粒增强mg-sn二元合金进行半固态处理，通过对半固态处理温度和时间的控制，在短时间内获得了共晶(α-mg+mg2sn)层片间距为纳米级的mg-sn二元合金。
13、四、本专利技术在获得共晶(α-mg+mg2sn)层片间距为纳米级的mg-sn二元合金后，选择二次挤压的方法，使得纳米共晶相碎化成纳米级mg2sn颗粒，弥散的分布于α-mg基体上，获得了具有纳米级mg2sn颗粒的颗粒增强mg-sn二元合金。
14、总之，本专利技术在由传统铸造制备的mg-sn二元合金的基础上，结合一次挤压、半固态处理和二次挤压工艺，实现了合金中第二相由微米级层片状至微米级颗粒状，再至纳米级层片状，最后至纳米级颗粒状的转变，获得了具有纳米级mg2sn颗粒的颗粒增强mg-sn二元合金，显著提高了mg-sn二元合金的综合力学性能，大大扩展了mg-sn二元合金的工业应用范围。
15、进一步，本专利技术制备方法所述步骤a制备铸态mg-sn二元合金所设定的各组成元素的质量百分含量分别为：2.5-7.5％sn，不可避免的杂质元素含量≤0.1％，其余为mg。
16、试验验证，上述元素的质量百分含量可制备稳定的共晶(α-mg+mg2sn)层片间距小于100nm的mg-sn二元合金，同时无其它强化合金元素的添加也大大简化了合金的制备，并降低了合金的制备成本。
17、进一步，本专利技术制备方法所述步骤a制备铸态mg-sn二元合金的具体操作是：按照设定的各组成元素的质量百分含量配比，将纯mg置于坩埚中加热至300-400℃时通入co2+sf6混合保护气体，待纯mg全部融化后，将纯sn置于纯mg熔体中，继续加热至720-760℃，搅拌2-5min后打渣，静置5-15min，待温度降至700-750℃时，进行浇注，即得铸态mg-sn二元合金。
18、进一步，本专利技术制备方法所述步骤b退火处理的退火温度为390-460℃，退火时间为10-24h。
19、进一步，本专利技术制备方法所述步骤c中的对步骤b得到的经过退火处理的mg-sn二元合金进行热挤压的挤压比为9-15：1。
20、试验验证，上述挤压比可以使后续制备的半固态mg-sn二元合金的层片厚度更加均匀，有利于制备稳定的纳米级层片厚度的mg-sn二元合金，从而有利于制备各方面性能优异的具有纳米级mg2sn颗粒的颗粒增强mg-sn二元合金。
21、进一步，本专利技术制备方法所述步骤d中将步骤c得到的热挤压加工后的mg-sn二元合金置于热处理炉中，随炉升温至580-620℃进行半固态等温处理，保温0.1-1h，然后水冷淬火。
22、试验验证，上述温度范围和保温时间更有利于制备稳定的纳米级层片间距的mg-sn二元合金，从而有利于制备各方面性能优异的具有纳米级mg2sn颗粒的颗粒增强mg-sn二元合金。
23、进一步，本专利技术制备方法所述步骤d中水冷淬火的淬火介质为20-80℃的水。
【技术保护点】
1.一种纳米颗粒增强Mg-Sn二元合金的制备方法，其步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强Mg-Sn二元合金的制备方法，其特征在于：所述步骤A制备铸态Mg-Sn二元合金所设定的各组成元素的质量百分含量分别为：2.5-7.5％Sn，不可避免的杂质元素含量≤0.1％，其余为Mg。
3.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强Mg-Sn二元合金的制备方法，其特征在于：所述步骤A制备铸态Mg-Sn二元合金的具体操作是：按照设定的各组成元素的质量百分含量配比，将纯Mg置于坩埚中加热至300-400℃时通入CO2+SF6混合保护气体，待纯Mg全部融化后，将纯Sn置于纯Mg熔体中，继续加热至720-760℃，搅拌2-5min后打渣，静置5-15min，待温度降至700-750℃时，进行浇注，即得铸态Mg-Sn二元合金。
4.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强Mg-Sn二元合金的制备方法，其特征在于：所述步骤B退火处理的退火温度为390-460℃，退火时间为10-24h。
5.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强Mg-Sn二元合金的制备
6.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强Mg-Sn二元合金的制备方法，其特征在于：所述步骤D中将步骤C得到的热挤压加工后的Mg-Sn二元合金置于热处理炉中，随炉升温至580-620℃进行半固态等温处理，保温0.1-1h，然后水冷淬火。
7.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强Mg-Sn二元合金的制备方法，其特征在于：所述步骤D中水冷淬火的淬火介质为20-80℃的水。
8.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强Mg-Sn二元合金的制备方法，其特征在于：所述步骤F二次挤压的挤压比为9-30：1。
9.一种纳米颗粒增强Mg-Sn二元合金，其特征在于：所述纳米颗粒增强Mg-Sn二元合金通过权利要求1-8任一制备方法制备而成。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米颗粒增强mg-sn二元合金的制备方法，其步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强mg-sn二元合金的制备方法，其特征在于：所述步骤a制备铸态mg-sn二元合金所设定的各组成元素的质量百分含量分别为：2.5-7.5％sn，不可避免的杂质元素含量≤0.1％，其余为mg。
3.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强mg-sn二元合金的制备方法，其特征在于：所述步骤a制备铸态mg-sn二元合金的具体操作是：按照设定的各组成元素的质量百分含量配比，将纯mg置于坩埚中加热至300-400℃时通入co2+sf6混合保护气体，待纯mg全部融化后，将纯sn置于纯mg熔体中，继续加热至720-760℃，搅拌2-5min后打渣，静置5-15min，待温度降至700-750℃时，进行浇注，即得铸态mg-sn二元合金。
4.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒增强mg-sn二元合金的制备方法，其特征在于：所述步骤b退火处理的退火温度为390-460℃...
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