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      一種高強度的鎂鋁合金及其制備方法

      文檔序號:9804893閱讀:991來源:國知局
      一種高強度的鎂鋁合金及其制備方法
      【技術領域】
      [0001] 本發(fā)明涉及一種高強度的鎂鋁合金及其制備方法的制備方法,尤其是一種碳化硅 增強的高性能鎂鋁合金及其制備方法。
      【背景技術】
      [0002] 鎂鋁合金是一種輕金屬材料,具備密度小的優(yōu)點,目前已經(jīng)在手持電子設備、汽 車、航空航天等領域中應用。同時,鎂合金的強度不高,作為工程材料,人們通常期望高強度 的材料,但是,由于鎂鋁合金的原子結構特點,其塑性差,尚不能得到高強度的鎂鋁合金。
      [0003] 中國專利CN 103031452 A公開了一種碳化硅顆粒增強鎂基復合材料及制備方法, 該發(fā)明以純Mg粉末、A1粉末和SiC顆粒微粉為原材料,采用粉末冶金和多向鍛造法制備碳化 硅顆粒增強鎂基復合材料。通過粉末冶金和多向鍛造兩種成型方法,使鎂合金基體與SiC顆 粒之間具有良好的浸潤性和結合性,而且消除了粉末冶金成型過程中殘留在材料內部的孔 隙,最終獲得了 SiC顆粒均勻分布,鎂合金基體晶粒細小的鎂基復合材料,使該復合材料具 有更好的力學性能。該發(fā)明的鎂合金的抗拉強度低于200MPa。
      [0004] 中國專利105154704A公開了 一種耐高溫鎂合金材料的制備方法。該材料由以下重 量份配比的粉料制成:鎂粉63-71份、鐵粉9_13份、碳化娃粉5-9份、硫化猛粉5-7份、錯剛玉 粉6-10份、石墨粉13-17份、電熔陶粒砂5-10份、玻璃纖維3-6份、錫粉10-14份、硫化銅4-8 份、鈷粉4-8份、氧化鋁粉4-8份、鉀長石粉3-7份、硅化鈦4-9份。其制備方法包括:混合、壓 制、燒結、整形和浸油處理。通過對材料成分的調整和優(yōu)化,本發(fā)明提供耐高溫鎂合金材料 具有較好強、硬度,和高溫熱穩(wěn)定性的優(yōu)點;且原料易得、加工成本低,制備工藝簡單、參數(shù) 易控,生產(chǎn)過程安全環(huán)保,適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
      [0005] 中國專利104109790A提供了 一種高強鎂合金材料及其制備方法,該鎂合金材料組 分中包含鋁(A1),鋅(Zn),氯化錳(MnCl2),碳化硅(SiC)晶粒,鈹(Be),鎂(Mg),其中,鎂合金 材料各組分組成按重量百分比分別為:鋁(A1): 10.5-12%,鋅(Zn):6-7%,氯化錳(MnCl2): 0.6-1.5%,碳化硅(SiC)晶粒:2-3.5%,鈹(Be) :0.01-0.03%,余量為鎂(Mg)。該合金通過 連續(xù)鑄造的方式取代傳統(tǒng)的擠壓工藝,以短流程的方式完成鎂合金的生產(chǎn),縮短了生產(chǎn)流 程,節(jié)約了成本,所制備的鎂合金材料相比于傳統(tǒng)的鎂合金材料,在抗拉強度、屈服強度、延 伸率、彈性模量、硬度等方面均得到明顯改善。
      [0006] 以上發(fā)明都致力于提高鎂鋁合金的性能特別是強度性能,不過,其抗拉強度都在 400MPa以下,其強度與目前常用的工程材料(鋼鐵、鈦合金、碳纖維、鋁合金等)還有較大的 差距。
      [0007]

      【發(fā)明內容】
      : 發(fā)明目的:為了拓展鎂鋁合金的應用領域,提高其強度,發(fā)揮其低密度的有點,本發(fā)明 提供了一種高強度鎂鋁合金及其制備方法。
      [0008] 本發(fā)明的技術方案如下: 采用真空熔煉的方法,按一定質量配比熔煉鎂合金,合金成分為:鋁質量分數(shù)為10- 20%;鋯重量百分比含量為1-5%;釹質量分數(shù)為1-3%;釔重量百分比含量為1-3%;納米碳化硅 的質量分數(shù)為10-25%;余量為鎂。在熔煉的過程中向鎂鋁合金中摻入SiC納米顆粒,分散均 勻,緩慢冷卻并抽真空讓納米顆粒進一步提高濃度,然后在高壓下采用扭曲變形的方式,再 采用異步乳制,進一步細化晶粒,提高合金的強度。根據(jù)本發(fā)明,可以制備一種納米顆粒增 強的高強鎂鋁合金。其顯微組織中的平均晶粒直徑在80納米以下,納米顆粒的直徑在200納 米以下,鎂鋁合金的抗拉強度在400MPa以上。
      [0009]具體制備方法包括以下步驟: (1) 準備原料:準備純度99.9%以上的高純鎂、鋁、鋯、釹、釔,以及平均粒徑為200納米以 下的納米SiC; (2) 熔煉合金:將鎂、鋁、鋯、釹、釔按一定質量分數(shù)配料,在保護氣氛中熔煉,熔煉過程 中加入納米SiC,保持溫度在700 ° C,采用超聲的方法進行分散; (3) 對合金錠進行緩慢冷卻,在冷卻的過程中保持抽真空狀態(tài),真空度低于5torr; (4) 冷卻后,將合金錠加工成圓盤狀; (5) 將步驟(4)處理的粗晶合金圓盤放入上、下兩個壓砧中的凹槽形成的空間內,對 合金施加高壓,并旋轉壓砧以扭轉合金圓盤,使之發(fā)生扭曲形變; (6) 啟動多功能乳機系統(tǒng),設定上下乳輥的速比,速比為1.1 一 1.5;設定每次乳制形變 量為1-8%;設定低速輥的速度為0.5-2米/秒; (7) 啟動主傳動電機,開始乳制過程; (8) 待一次乳制過后,重復(2) (3)過程15次以上; (9) 進行重結晶退火熱處理。
      [0010]其中,步驟⑴中的保護氣體為C02與SF6的混合氣體,步驟(3)中,7令卻速度小于每 秒0.5k;步驟(5 )中合金承受的壓力為1.5-5GPa;步驟(8 )中的乳制溫度為室溫:步驟(9 )中 的重結晶溫度為鎂的熔點的1/3~1/4,時間3-20分鐘。
      [0011] 作為優(yōu)選,C〇2與SF6的體積比的范圍是50:1~100:1; 作為優(yōu)選,步驟(5)中的旋轉速度每分鐘2~5轉,一共旋轉3-20圈; 作為優(yōu)選,所采用的碳化硅的顆粒度平均為60-120納米。
      [0012]有益的效果: 本發(fā)明采用高強度的納米碳化硅的顆粒作為增強顆粒,不僅可以起到細化晶粒的作 用,而且可以作為位錯運動的障礙,阻止金屬的位錯移動,從而強化金屬;同時,細化晶粒能 夠起到改善合金塑性的作用。
      [0013] 本發(fā)明采用以鎂為基體,可以充分發(fā)揮其低密度的優(yōu)點,以使該合金適應于航空 航天、汽車輕量化等領域的應用。在合金化的過程中,盡量采用低密度的金屬鋁。為了提高 其強度,采用了稀土元素鋯、釹、釔,以在合金中形成稀土相增強。
      [0014] 本發(fā)明采用高溫金屬液體狀態(tài)下進行超聲分散,這種方式有效解決了納米顆粒在 金屬中很難分散均勻的問題。在液態(tài)金屬狀態(tài)下使用超聲分散,可以將納米顆粒分散均勻, 以解決傳統(tǒng)混合、攪拌等技術中納米顆粒分散不好的缺陷。熔煉后采用緩慢冷卻,同時保持 真空度,可以使鎂、鋁的金屬蒸汽不斷地被抽出,降低合金中鎂、鋁的含量,從而提高合金中 納米顆粒的體積分數(shù),進一步增強納米顆粒強化的效果。
      [0015 ]在施加高壓扭曲形變的過程中,合金基體中較大的晶粒被分解成更細小的納米晶 粒。此外,本發(fā)明采用異步乳制對材料進行進一步加工,這種乳制方法可以進一步細化晶 粒,并且可以在組織內部形成粗細晶粒分布,這種材料結構可以達到極大的背加工硬化,這 是在均勻晶粒的材料或常規(guī)加工的材料中不存在的。本發(fā)明采用微加工,多道次,適于得到 目標組織。最終合金的平均晶粒直徑一般在80納米以下,根據(jù)霍爾-配奇關系,晶粒變得細 小,可以使得合金的強度更高,同時,也可以改善合金的塑性。通過本發(fā)明制備的鎂鋁合金, 其抗拉強度可以高達400MPa以上,同時具備優(yōu)良的塑性,可以應用于汽車、航天航空等領 域。
      [0016]【具體實施方式】 下面通過實施例詳細描述本發(fā)明的制備方法,但不構成對本發(fā)明的限制。
      [0017] 實施例1 (1) 準備原料:準備純度99.9%以上的高純鎂、鋁、鋯、釹、釔,以及平均粒徑為200納米以 下的納米SiC; (2) 熔煉合金:將鎂、鋁、鋯、釹、釔、碳化硅按照66.5%、18%、2.5%、1.5%、1.5%、8%的質量 比例配料,在C0 2與SF6的混合氣體中熔煉,其中C02與SF6體積比是100:1;熔煉過程中加入納 米SiC,保持溫度在700 °C,采用超聲的方法進行分散; (3) 對合金錠進行緩慢冷卻,冷卻速度每秒0.3k;在冷卻的過程中保持抽真空狀態(tài),真 空度3torr; (4) 冷卻后,將合金錠加工成圓盤狀; (5) 將步驟(4)處理的粗晶合金圓盤放入上、下兩個壓砧中的凹槽形成的空間內,對 合金施加5GPa高壓,并以每分鐘2轉的速度旋轉壓砧以扭轉合金圓盤,使之發(fā)生扭曲形變, 一共旋轉3圈; (6) 啟動多功能乳機系統(tǒng),設定上下乳輥的速比,速比為1.5;設定每次乳制形變量為 3%;設定低速輥的速度為2米/秒; (7) 啟動主傳動電機,開始乳制過程;
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