本發(fā)明涉及合金技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種協(xié)同合金化擠壓鎂合金的制備方法。

背景技術(shù)：

新世紀(jì)以來(lái)，隨著礦產(chǎn)資源日益枯竭和溫室氣體的大量排放，節(jié)能減排成為全世界的重要課題。材料的輕量化可以有效降低能源消耗，對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要意義。鎂合金具有較高的比強(qiáng)度、比剛度，較低的密度，切削加工性好以及再生循環(huán)性好等優(yōu)點(diǎn)，在航空領(lǐng)域和汽車(chē)工業(yè)具有廣泛的應(yīng)用潛力。但目前各種商用鎂合金跟傳統(tǒng)的鋼鐵和鋁合金相比，其綜合力學(xué)性能稍遜一籌，限制了其更大范圍的應(yīng)用。因此，鎂合金力學(xué)性能的改進(jìn)吸引了廣泛研究。

合金化是提高鎂合金力學(xué)性能的有效方法。在鎂合金中添加合適的合金化元素可以減小晶粒尺寸，改善組織，進(jìn)而提高鎂合金的力學(xué)性能。鈣、鋅、稀土元素都是常用的合金化元素。據(jù)報(bào)道，超高強(qiáng)度鎂釓釔鋅鋯合金京變形加工后，其拉伸強(qiáng)度可以超過(guò)500MPa。然而釓釔較高的價(jià)格和添加量，導(dǎo)致其成本過(guò)高，不適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。鑭鈰稀土作為重稀土分離過(guò)程中的副產(chǎn)品，憑借低廉的價(jià)格和良好的合金化作用，在鎂合金中具有較大潛力。稀土元素的引入還可以使合金表面形成更加致密的腐蝕產(chǎn)物膜，可以有效地一直合金的進(jìn)一步腐蝕，對(duì)合金的耐腐蝕性能的提高也有著積極意義。除了合金化，鎂合金的變形加工同樣對(duì)力學(xué)性能的提高具有十分明顯的作用。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，在鎂合金中協(xié)同添加合金化元素，然后進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃渭庸?，可以有效提高鎂合金的力學(xué)性能。

本文中，我們開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單，高效，低成本的變形鎂合金。通過(guò)在鎂合金中協(xié)同添加鈣元素和鑭鈰混合稀土元素，經(jīng)過(guò)一系列的熱處理和熱加工，制備出了力學(xué)性能顯著的提高的變形鎂合金。該合金晶粒明顯細(xì)化，并表現(xiàn)出良好的抗拉力學(xué)性能。該方法具有成本低，工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，生產(chǎn)的鎂合金在航空航天、汽車(chē)以及電子工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用潛力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本專利提出了一種協(xié)同合金化擠壓鎂合金的制備方法，該方法通過(guò)在鎂合金中協(xié)同添加鈣元素和鑭鈰混合稀土元素，經(jīng)過(guò)一系列的熱處理和熱加工，制備出了力學(xué)性能顯著提高的變形鎂合金。該合金晶粒明顯細(xì)化，并表現(xiàn)出良好的抗拉力學(xué)性能。該方法具有成本低，工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，生產(chǎn)的鎂合金在航空航天、汽車(chē)以及電子工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用潛力。

一種協(xié)同合金化擠壓鎂合金的制備方法，其特征在于：以鎂鋅為基材，通過(guò)添加鈣元素和鑭鈰混和稀土元素，鑄造出多元合金，隨后置于高溫環(huán)境中，進(jìn)行一定時(shí)間的均勻化固溶處理，溫水中淬火，最后高溫預(yù)熱，進(jìn)行熱擠壓，室溫冷卻，最終得到力學(xué)性能顯著提高的鎂合金擠壓棒材。

一種協(xié)同合金化擠壓鎂合金的制備方法，該方法具體包括以下步驟：

(1)鑄態(tài)合金的熔煉：在保護(hù)氣體氛圍中，將純鎂、純鋅置于電阻爐，加熱熔融，隨后添加鈣源(鎂鈣中間合金)和鑭鈰混合稀土，熔融后扒渣，待混合均勻，澆入模具，冷卻得到合金鑄錠；

(2)鑄錠的固溶處理：將步驟(1)得到的合金鑄錠放入金屬熱處理電阻爐，在高溫環(huán)境中，進(jìn)行一定時(shí)間的均勻化熱處理，隨后進(jìn)行水中淬火，得到單一的過(guò)飽和固溶體；

(3)高溫?zé)釘D壓：將步驟(2)得到的固溶合金放入高溫環(huán)境，保溫一定時(shí)間，隨后進(jìn)行熱擠壓加工，得到擠壓棒材。

3.步驟(1)所述的保護(hù)氣體為六氟化硫和二氧化碳的混合氣體，混合比例為40:1～30:1，加熱溫度為720℃～730℃。

優(yōu)選地，步驟(1)所述的保護(hù)氣體的混合比例為40:1，加熱溫度為720℃。

4.步驟(1)所述的中間合金鎂鈣元素的質(zhì)量比為50:50，混合稀土的比例為1:1。

5.步驟(2)所述的熱處理溫度為385℃,時(shí)間為8h～24h，淬火所用水的二次去離子水，水溫為65℃～75℃。

優(yōu)選地，步驟(2)所述的熱處理時(shí)間為8h，淬火所用水溫為70℃。

6.步驟(3)所述的高溫環(huán)境溫度為200℃～220℃，保溫時(shí)間為0.5h～1h。

7.步驟(3)所述的熱擠壓加工，擠壓條件為：擠壓比為20，擠壓速率為1～2mm·s^-1。優(yōu)選地，步驟(3)所述的熱擠壓速率為1mm·s^-1。

8.本發(fā)明所制備的協(xié)同合金化擠壓鎂合金，抗拉強(qiáng)度達(dá)到301MPa，延伸率達(dá)到20.8％，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，在航空航天、汽車(chē)以及電子工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用潛力。本發(fā)明采用的方法具有成本低，工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做簡(jiǎn)單介紹。下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)相關(guān)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所用的擠壓模具示意圖。

圖2a為協(xié)同合金化擠壓鎂合金的1000倍場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡圖片，圖2b為鈣元素合金化擠壓鎂合金的1000倍場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡圖片，圖2c為鑭鈰混合稀土元素合金化擠壓鎂合金的1000倍場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡圖片。

圖3為鈣或鑭鈰單一合金化擠壓鎂合金、協(xié)同合金化擠壓鎂合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下所述內(nèi)容為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說(shuō)明，而依據(jù)本發(fā)明所做的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明中的一種協(xié)同合金化擠壓鎂合金的制備方法的表征是使用場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡(Hitachi S-4800，Japan)觀察合金的顯微組織、力學(xué)拉伸試驗(yàn)機(jī)(Instron 5869，America)獲取合金的應(yīng)以應(yīng)變曲線。數(shù)據(jù)值均為3個(gè)試樣處測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值。

實(shí)施例1：

(1)鑄態(tài)合金的熔煉：在六氟化硫和二氧化碳的混合比例為40:1的保護(hù)氣體氛圍中，將9.25kg純鎂、0.6kg純鋅置于電阻爐，720℃加熱熔融，隨后添加0.1kg鎂鈣中間合金，鎂鈣質(zhì)量比為1:1，和0.05鑭鈰混合稀土，鑭鈰質(zhì)量比為1:1，熔融后扒渣，待混合均勻，澆入45#鋼永久型模具，冷卻得到合金鑄錠；

(2)鑄錠的固溶處理：將步驟(1)得到的合金鑄錠放入金屬熱處理電阻爐，在385℃中，進(jìn)行8h的均勻化熱處理，隨后進(jìn)行70℃水中淬火，得到單一的過(guò)飽和固溶體；

(3)高溫?zé)釘D壓：將步驟(2)得到的固溶合金、擠壓模具放入200℃環(huán)境中預(yù)熱，保溫0.5h，隨后進(jìn)行熱擠壓，加壓比擠壓比為20，擠壓速率為1mm·s^-1，即制得所述的協(xié)同合金化擠壓鎂合金。圖2a為協(xié)同合金化擠壓鎂合金的1000倍場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡圖片，圖2b為鈣元素合金化擠壓鎂合金的1000倍場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡圖片，圖2c為鑭鈰混合稀土元素合金化擠壓鎂合金的1000倍場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡圖片。通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，協(xié)同合金化擠壓鎂合金的晶粒尺寸為3.2um，顯著減小。

實(shí)施例2：

(1)鑄態(tài)合金的熔煉：在六氟化硫和二氧化碳的混合比例為40:1的保護(hù)氣體氛圍中，將9.25kg純鎂、0.6kg純鋅置于電阻爐，720℃加熱熔融，隨后添加0.1kg鎂鈣中間合金，鎂鈣質(zhì)量比為1:1，和0.05鑭鈰混合稀土，鑭鈰質(zhì)量比為1:1，熔融后扒渣，待混合均勻，澆入45#鋼永久型模具，冷卻得到合金鑄錠；

(2)鑄錠的固溶處理：將步驟(1)得到的合金鑄錠放入金屬熱處理電阻爐，在385℃中，進(jìn)行24h的均勻化熱處理，隨后進(jìn)行70℃水中淬火，得到單一的過(guò)飽和固溶體；

(3)高溫?zé)釘D壓：將步驟(2)得到的固溶合金、擠壓模具放入200℃環(huán)境中預(yù)熱，保溫1h，隨后進(jìn)行熱擠壓，加壓比擠壓比為20，擠壓速率為1.5mm·s^-1，即制得所述的協(xié)同合金化擠壓鎂合金。圖3為鈣或鑭鈰單一合金化擠壓鎂合金、協(xié)同合金化擠壓鎂合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線。協(xié)同合金化擠壓鎂合金的斷裂強(qiáng)度達(dá)到301MPa，延伸率達(dá)到20.8％，三種合金中，力學(xué)性能最佳。實(shí)施例2所得協(xié)同合金化擠壓鎂合金的力學(xué)性能與實(shí)施例1中基本相同。