一種制備彌散增強(qiáng)相輕質(zhì)Mg-Ti固溶體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鎂合金基體增強(qiáng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有相似晶體結(jié)構(gòu)彌散相增強(qiáng)基體材料結(jié)構(gòu)和性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂及鎂合金材料具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、易于回收利用等優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、汽車制造、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。然后，鎂及鎂合金材料具有較差的高溫力學(xué)性能，這一缺點(diǎn)使其難以滿足在溫度相對較高的環(huán)境下使用，這也在一定程度上限制了其應(yīng)用的領(lǐng)域，熱穩(wěn)定性差一直制約著鎂及鎂合金材料的發(fā)展與應(yīng)用。
[0003]各國學(xué)者和研究人員進(jìn)行了各種相關(guān)的試驗(yàn)研究來改進(jìn)鎂及鎂合金材料的高溫性能，例如，在鎂及鎂合金基體中加入稀有金屬的方法來提高高溫力學(xué)性能，采用這種方法的主要原因是稀土元素具有特殊的核外電子排布規(guī)律，這種特點(diǎn)可以使得稀土元素在鎂及鎂合金材料基體中形成彌散的強(qiáng)化相，彌散的強(qiáng)化相可以有效地提高其高溫力學(xué)性能。雖然采用稀有元素可以提高鎂及鎂合金材料的高溫力學(xué)性能，但由于稀土元素的價(jià)格十分昂貴，生產(chǎn)成本高，難以大規(guī)模的推廣和生產(chǎn)，這在一定程度上限制了稀土增強(qiáng)鎂及鎂合金材料的應(yīng)用和推廣。
[0004]因而，目前急需研究和開發(fā)出一種新型的彌散增強(qiáng)相來提高鎂及鎂合金材料的高溫力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中采用稀土元素來彌散增強(qiáng)鎂及鎂合金材料過程中所存在的問題，提供一種利用相似晶體結(jié)構(gòu)彌散相來增強(qiáng)鎂及鎂合金材料基體結(jié)構(gòu)和性能的方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
一種制備彌散增強(qiáng)相輕質(zhì)Mg-Ti固溶體的方法，包括以下步驟:
51、將納米純鎂粉末和納米純鈦粉末按體積比進(jìn)行配比制得混合材料；
52、將上述混合材料和不銹鋼磨球按質(zhì)量比配比，密封進(jìn)球磨罐內(nèi)；
53、將上述裝有混合材料的球磨罐抽真空，充入惰性氣體；
54、將步驟S3中的球磨罐放入高能球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，得到彌散增強(qiáng)相輕質(zhì)Mg-Ti固溶體。
[0007]上述步驟SI中的納米純鎂粉末的平均晶粒尺寸為150_200nm，納米純鈦粉末的平均晶粒尺寸為40_60nm。
[0008]上述步驟SI中納米純鎂粉末和納米純鈦粉末的體積比為10:1-15:1。
[0009]上述步驟S2中的混合材料和不銹鋼磨球的質(zhì)量比為1:50-1:80。
[0010]上述步驟S2中球磨罐的直徑為20cm，所述球墨罐內(nèi)的不銹鋼磨球的數(shù)量為2個(gè)，所述2個(gè)不銹鋼磨球的直徑分別為I Ocm和5cm。不同直徑的不銹鋼磨球能夠使得球磨罐內(nèi)的混合原料得到充分的研磨。
[0011]上述步驟S3中惰性氣體為99%以上的純度，抽取真空次數(shù)為2-3次，避免球磨罐內(nèi)存有其他氣體，防止球磨罐內(nèi)的混合材料在研磨過程中產(chǎn)生的高溫下被氧化。
[0012]上述步驟S3中的惰性氣體優(yōu)選為氦氣。
[0013]上述步驟S4中的球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200-250轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為50_60h，每球磨30分鐘，球磨機(jī)停止工作5分鐘。
[0014]上述納米純鎂粉末的平均晶粒尺寸優(yōu)選為150nm，所述納米純鈦粉末的平均晶粒尺寸優(yōu)選為40nm，所述納米純鎂粉末和納米純鈦粉末的體積比優(yōu)選為10:1，所述混合材料和不銹鋼磨球的質(zhì)量比優(yōu)選為1:50，所述球磨機(jī)轉(zhuǎn)速優(yōu)選為200h，球磨時(shí)間優(yōu)選為50h。
[0015]經(jīng)過上述加工制備過程中，利用高能球磨機(jī)提供的能量可以有效地克服Mg-Ti固溶體激活能，使得Ti原子進(jìn)入到鎂的晶格中去，形成彌散的Mg-Ti固溶體。
[0016]本發(fā)明采用Ti作為彌散增強(qiáng)相的原因:
(1)、與稀土元素以及其他合金元素相比，Ti元素都具有比強(qiáng)度高、熔點(diǎn)高的特點(diǎn)，而且Ti元素與Mg元素一樣，都具有密排六方晶體結(jié)構(gòu)，這種晶體結(jié)構(gòu)的一致性使得Ti與Mg有良好的界面結(jié)合；
⑵、Ti元素與稀土元素相比，其相對密度比較低，稀土元素比重大，而采用稀土元素作為增強(qiáng)相使得鎂及鎂合金材料質(zhì)量輕的優(yōu)勢不復(fù)存在；
(3)、同時(shí)在固相時(shí)，Mg相中幾乎不溶解任何的Ti元素，而且在現(xiàn)有的文獻(xiàn)中也沒有發(fā)現(xiàn)Mg-Ti間的金屬間化合物的存在，這個(gè)特點(diǎn)也使得Ti元素可以在鎂及鎂合金材料中形成穩(wěn)定的彌散增強(qiáng)相，有利于提高鎂及鎂合金材料高溫力學(xué)性能。
[0017]本發(fā)明的有益之處在于:本發(fā)明公布的一種制備彌散增強(qiáng)相輕質(zhì)Mg-Ti固溶體的方法，制備方法簡單，生產(chǎn)成本低，成品具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，有效地解決了常規(guī)鑄造方法難以生產(chǎn)Mg-Ti固溶體的困境，Mg與Ti元素本身密度比較小，Ti元素僅為4.54g/cm3，形成的Mg-Ti固溶體充分發(fā)揮鎂合金材料質(zhì)量輕的優(yōu)勢;Ti與Mg都具有的密排六方晶體結(jié)構(gòu)，使得Ti與Mg有良好的結(jié)合界面，Ti元素以彌散的方式進(jìn)入到鎂的晶格中去，有效地提高了固溶體的各項(xiàng)性能。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的一種制備彌散增強(qiáng)相輕質(zhì)Mg-Ti固溶體的方法實(shí)施例1的制備過程中的Mg-T i固溶體的XRD圖譜。
[0019]圖2為本發(fā)明的一種制備彌散增強(qiáng)相輕質(zhì)Mg-Ti固溶體的方法實(shí)施例1的Mg-Ti固溶體的晶格變化規(guī)律圖。
[0020]圖3為本發(fā)明的一種制備彌散增強(qiáng)相輕質(zhì)Mg-Ti固溶體的方法實(shí)施例1的Mg-Ti固溶體的電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]本發(fā)明所使用的納米純鎂粉末和納米純鈦粉末為市場購買。
[0023]實(shí)施例1:
一種制備彌散增強(qiáng)相輕質(zhì)Mg-Ti固溶體的方法，包括以下步驟:(1)將平均晶粒尺寸為150nm的納米純鎂粉末和平均晶粒尺寸為40nm的納米純鈦粉末以10:1的體積比進(jìn)行配比；(2 )將上述混合材料密封在直徑為20cm的球磨罐內(nèi)，其中罐內(nèi)存在2個(gè)直徑為1cm和20cm的不銹鋼磨球，混合材料與不銹鋼磨球的質(zhì)量比為1:50; (3)上述裝有混合材料的球磨罐抽真空3次，充入純度為99%以上的氦氣保護(hù)；(4)將球磨罐放入行星式高能球磨機(jī)上，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為50h，每球磨30分鐘，球磨機(jī)停止工作5分鐘，防止球磨罐內(nèi)溫度過尚。
[0024]經(jīng)過上述加工制備過程中，利用高能球磨機(jī)提供的能量可以有效地克服Mg-Ti固溶體激活能，使得Ti原子進(jìn)入到鎂的晶格中去，形成彌散的Mg-Ti固溶體。
[0025]實(shí)施例2:
一種制備彌散增強(qiáng)相輕質(zhì)Mg-Ti固溶體的方法，包括以下步驟:(I)將平均晶粒尺寸為200nm的納米純鎂粉末和平均晶粒尺寸為60nm的納米純鈦粉末以15:1的體積比進(jìn)行配比；
(2)將上述混合材料密封在直徑為20cm的球磨罐內(nèi)，其中罐內(nèi)存在直徑為1cm和20cm兩種不同的不銹鋼磨球，混合材料與不銹鋼磨球的質(zhì)量比為1:80; (3)上述裝有混合材料的球磨罐抽真空2次，充入純度為99%以上的氦氣保護(hù)；(4)將球磨罐放入行星式高能球磨機(jī)上，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為60h，每球磨30分鐘，球磨機(jī)停止工作5分鐘，防止球磨罐內(nèi)溫度過高。
[0026]經(jīng)過上述加工制備過程中，利用高能球磨機(jī)提供的能量可以有效地克服Mg-Ti固溶體激活能，使得Ti原子進(jìn)入到鎂的晶格中去，形成彌散的Mg-Ti固溶體。
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