【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料加工，具体涉及一种高性能镁合金材料的制备方法。
技术介绍
1、随着现代工业的快速发展，我国对高性能轻质金属结构材料的需求越来越迫切。镁合金是目前已知最轻的金属结构材料，具有高储量、高比强度、高比刚度等优点，在国防军工、航空航天、交通运输等领域有巨大的应用前景。然而，尽管镁合金作为结构材料在减重方面有巨大的优势，但镁合金的绝对强度低，其力学性能难以满足现代工业的应用需求，限制了其工程化应用。因此，迫切需要开发高强、高塑镁合金。
2、目前，我国研究人员通过向镁中添加稀土元素开发了大量高强度镁合金材料，主要为zm5、zm6、mb2、mb25、mb26等合金，其中以mg-gd-y系列合金的强度最高。然而，镁稀土合金虽然具有优异的强度，但室温塑性差。此外，由于稀土元素质量大、成本高，影响了镁合金轻质优势，同时增加了镁合金的制备成本，因而限制了镁合金在工程中的实际应用。因此，开发低成本、高强高塑镁合金的制备技术，是突破我国镁合金产业化应用瓶颈的关键。
3、研究表明，细化晶粒能显著提高镁合金的力学性能。近年来，研究者通过轧制、挤压、锻造等塑性变形手段来细化晶粒提高镁合金的力学性能。这些工作也取得了不错的效果，显著改善了镁合金的力学性能。然而，在塑性变形之前，通常是通过熔铸法制备镁合金，尽管熔铸可以获得大尺寸坯料，但熔铸镁合金的组织粗大，且存在严重的成分偏析等缺陷，需要后续对坯料进行均匀化等热处理工艺。这些无疑增加了镁合金的制备成本，且铸造组织缺陷严重影响后续加工质量。相比之下，通过粉末冶金工艺制备
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高性能镁合金材料的制备方法。该方法以镁合金粉末为原料，采用放电等离子烧结与挤压变形相结合的方式，实现两种工艺的优势互补，制备得到成分均匀、组织细小的镁合金材料，且材料的组织、结构可设计、易调控，抗拉强度大于300mpa，延伸率为5％以上，解决了现有镁合金结构材料存在强度低、强塑性不能协同提升的难题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3、步骤一、制备镁合金烧结坯：将原料镁合金粉末装入模具中，然后采用放电等离子烧结炉进行烧结致密化，得到镁合金烧结坯；
4、步骤二、预处理：将步骤一中得到的镁合金烧结坯表面的氧化皮打磨除掉，然后采用铝箔包裹，并放入管式热处理炉中进行退火处理，得到预处理的镁合金烧结坯；
5、步骤三、热挤压变形：将步骤二中得到的预处理的镁合金烧结坯放入电阻炉中进行保温，保温结束后取出放入预保温的挤压模具中，采用挤压机进行挤压变形，得到镁合金材料；所述镁合金材料的抗拉强度大于300mpa，延伸率为5％以上。
6、上述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镁合金粉末通过气雾化法或离心雾化法制备，镁合金粉末粒径为-100目～-325目，形貌为球形或近球形。本专利技术的镁合金粉末的粒径区间分布较大，有利于在烧结过程中小粒径的细颗粒镁合金粉末充分填充大粒径的粗颗粒镁合金粉末的间隙，从而获得较高的致密度。
7、上述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述模具为石墨模具或钢模具，模具的内径尺寸根据目的产物镁合金材料的尺寸确定。采用石墨模具的加工、制备、使用等各方面成本低，操作轻便且耐高温，但因其承受的压力有限而易损耗，从而影响镁合金烧结坯的致密度；相比之下，钢模具结实耐用，能承受较高压力，能获得完全达到理论密度的镁合金烧结坯，有利于获得高性能镁合金材料，但不耐高温，操作笨重，加工成本高；因此，可根据实际需求选用不同种类的模具。
8、上述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述采用放电等离子烧结炉进行烧结致密化的过程为：将称量好的镁合金粉末转入模具中手动压实，然后放入放电等离子烧结炉内进行加压和抽真空，其中，采用石墨模具的加压压力为20mpa～40mpa，采用钢模具的加压压力为40mpa～120mpa，再对放电等离子烧结炉内抽真空至1×10-1pa并开始加热：先以15℃/min～35℃/min的升温速率、15％～30％的加热功率加热到380℃～420℃并保温1min～2min，然后以5℃/min～15℃/min的升温速率、15％～30％的加热功率加热到440℃～480℃并保温4min～12min，随炉冷却，待温度降至40℃以下，破真空、开炉并从模具中取出试样，经打磨去除氧化皮后得到致密的镁合金烧结坯。本专利技术根据选用的模具材质选择合适的压力，避免过低压力不利于镁合金粉末的烧结致密化而影响烧结质量，以及过高压力对模具和设备带来的安全隐患。
9、上述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述退火处理的过程为：先以10℃/min～30℃/min的升温速率将管式热处理炉加热至退火处理温度，然后将铝箔包裹的镁合金烧结坯放入管式热处理炉中，密封炉管口进行退火处理，再随炉冷却。
10、上述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述退火处理的温度为250℃～400℃，保温时间为2h～6h。
11、上述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述保温和挤压变形的过程为：将预处理的镁合金烧结坯放入电阻炉中在350℃～420℃进行保温15min～50min，同时将挤压模具涂刷润滑油并在250℃～400℃进行预保温，然后将保温后的预处理的镁合金烧结坯放入预保温的挤压模具中进行挤压变形。
12、上述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述挤压变形采用3150kn的挤压机完成，挤压速率为1mm/s～6mm/s，挤压比为6～40。待挤压变形结束后，从挤压模具中取出试样，待完全冷却后清洗表面的润滑油污，得到高性能的镁合金材料，该镁合金材料的形状取决于挤压模具的形状，可以为棒材、板材或管材等型材。
13、上述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤三中采用挤压比18.3制备的az91镁合金材料的抗拉强度为321mpa，延伸率为5.0％，采用挤压比18.3制备的zk61镁合金材料的抗拉强度为361mpa，延伸率为20.5％。传统铸造法制备的az91镁合金的抗拉强度为170mpa～260mpa，伸长率为0.5％～3％，铸造zk61本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镁合金粉末通过气雾化法或离心雾化法制备，镁合金粉末粒径为-100目～-325目，形貌为球形或近球形。
3.根据权利要求1所述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述模具为石墨模具或钢模具，模具的内径尺寸根据目的产物镁合金材料的尺寸确定。
4.根据权利要求1所述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述采用放电等离子烧结炉进行烧结致密化的过程为：将称量好的镁合金粉末装入模具中手动压实，然后放入放电等离子烧结炉内进行加压和抽真空，其中，采用石墨模具的加压压力为20MPa～40MPa，采用钢模具的加压压力为40MPa～120MPa，再对放电等离子烧结炉内抽真空至1×10-1Pa并开始加热：先以15℃/min～35℃/min的升温速率、15％～30％的加热功率加热到380℃～420℃并保温1min～2min，然后以5℃/min～15℃/min的升温速率、15％～30％的加
5.根据权利要求1所述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述退火处理的过程为：先以10℃/min～30℃/min的升温速率将管式热处理炉加热至退火处理温度，然后将铝箔包裹的镁合金烧结坯放入管式热处理炉中，密封炉管口进行退火处理，再随炉冷却。
6.根据权利要求1所述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述退火处理的温度为250℃～400℃，保温时间为2h～6h。
7.根据权利要求1所述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述保温和挤压变形的过程为：将预处理的镁合金烧结坯放入电阻炉中在350℃～420℃进行保温15min～50min，同时将挤压模具涂刷润滑油并在250℃～400℃进行预保温，然后将保温后的预处理的镁合金烧结坯放入预保温的挤压模具中进行挤压变形。
8.根据权利要求1所述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述挤压变形采用3150kN的挤压机完成，挤压速率为1mm/s～6mm/s，挤压比为6～40。
9.根据权利要求1所述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤三中采用挤压比18.3制备的AZ91镁合金材料的抗拉强度为321MPa，延伸率为5.0％，采用挤压比18.3制备的ZK61镁合金材料的抗拉强度为361MPa，延伸率为20.5％。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镁合金粉末通过气雾化法或离心雾化法制备，镁合金粉末粒径为-100目～-325目，形貌为球形或近球形。
3.根据权利要求1所述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述模具为石墨模具或钢模具，模具的内径尺寸根据目的产物镁合金材料的尺寸确定。
4.根据权利要求1所述的一种高性能镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述采用放电等离子烧结炉进行烧结致密化的过程为：将称量好的镁合金粉末装入模具中手动压实，然后放入放电等离子烧结炉内进行加压和抽真空，其中，采用石墨模具的加压压力为20mpa～40mpa，采用钢模具的加压压力为40mpa～120mpa，再对放电等离子烧结炉内抽真空至1×10-1pa并开始加热：先以15℃/min～35℃/min的升温速率、15％～30％的加热功率加热到380℃～420℃并保温1min～2min，然后以5℃/min～15℃/min的升温速率、15％～30％的加热功率加热到440℃～480℃并保温4min～12min，随炉冷却，待温度降至40℃以下，破真空、开炉并从模具中取出试样，经打磨去皮后得到致密的镁合金烧结坯。
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，曹鑫，钟峰，程续，刘艳辉，吴冰，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：
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