[發(fā)明專利]一種多晶粒尺度多層鎂合金的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810307772.8
• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN110343983B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳雪飛;周浩;高波;潘志驛;曹陽;聶金鳳;李玉勝
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: C22F1/06
• 分類號: C22F1/06;B22D19/16;B32B37/10;B32B37/06;B32B38/00
• 代理公司: 北京鵬帆慧博知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11903
• 代理人: 劉琳

本發(fā)明公開一種多晶粒尺度多層鎂合金的制備方法，包含：預(yù)處理、澆鑄、軋制、多晶粒尺度形成四步工序，選擇兩種或兩種以上稀土鎂合金和變形鎂合金，進(jìn)行固液鑲嵌鑄造，形成多層復(fù)合鎂合金。再通過軋制及后續(xù)退火處理，在各層片之間形成多晶粒尺度，獲得大塊多晶粒尺度強化層片異構(gòu)鎂合金復(fù)合材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種多晶粒尺度多層鎂合金的制備方法，具體是一種采用鑲嵌鑄造，固液結(jié)合兩種或兩種以上具有不同晶粒細(xì)化行為的鎂合金，并對制得的材料進(jìn)行塑性變形和熱處理調(diào)控微觀結(jié)構(gòu)，制備出大塊多晶粒尺度多層鎂合金的方法。

背景技術(shù)

鎂合金是實際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有高比強、高比模、高阻尼減振和電磁屏蔽性能、以及優(yōu)異的鑄造、切削加工性能和易回收等優(yōu)點，在國防軍事、航空航天、汽車、電子通信等工業(yè)領(lǐng)域正得到日益廣泛的應(yīng)用。相比于鋁合金、鈦合金等其他輕金屬結(jié)構(gòu)材料，鎂合金的強度和韌性都較差。稀土合金化是鎂合金強韌化的重要途徑。稀土元素在鎂合金基體中形成高密度納米級的析出相，對位錯運動產(chǎn)生強烈的阻礙作用，從而大幅度的提高鎂合金的強度。此外，析出強化鎂合金的析出相，在高溫時比晶界的穩(wěn)定性更高，因此，析出強化的鎂合金在高溫變形時，往往具有更高，更穩(wěn)定的力學(xué)性能。但是，已有的研究結(jié)果表明，金屬材料中位錯的產(chǎn)生具有顯著的尺寸效應(yīng)。粗晶HCP金屬因缺少足夠的滑移系通常需要孿晶來推動塑性變形，當(dāng)晶粒尺寸小于100nm時，納米晶內(nèi)部就很難產(chǎn)生孿晶。而時效強化鎂合金的析出相的間距通常只有幾十納米，彌散分布的析出相將粗大的晶粒分割成許多納米單元，在這些單元里位錯難以形成和運動。因此，通過時效析出強化的鎂合金材料的韌性會出現(xiàn)大幅降低，大大限制了析出強化鎂合金在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。而另一方面，變形鎂合金則擁有與之差異較大的性能，研究表明，采用細(xì)晶強化，可以令變形鎂合金在提高強度的同時，依舊保持良好的韌性，但是這類鎂合金的耐熱性能較差。如何兼得強度、韌性及耐熱性，成為當(dāng)前鎂合金研究的一大熱點。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，K.Wu等人在《Materials Science andEngineering A》，2010，527，3073–3078上發(fā)表的“Microstructure and mechanicalproperties of the Mg/Al laminated composite fabricated by accumulative rollbonding(ARB)”(采用累積疊扎(ARB)制備的Mg/Al多層復(fù)合材料的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)研究)一文中，介紹了一種采用累積疊扎制備Mg/Al多層復(fù)合材料。該技術(shù)的特點如下：(1)所制備的材料，層數(shù)可控，且可加工出大尺寸樣品，適用于工業(yè)應(yīng)用；(2)加工工藝簡單，可操作性強；(3)通過疊扎復(fù)合制備的材料，其屈服強度提高顯著。但是，由于鎂合金本身的變形能力很差，通過累積疊扎制備的層片狀Mg/Al合金需要在高溫下進(jìn)行，技術(shù)上存在以下問題：(1)難以控制界面的氧化；(2)高溫易于使晶粒尺寸發(fā)生長大，無法得到納米級或亞微米級的晶粒；(3)層片狀Mg/Al復(fù)合材料的強韌化性能具有明顯的方向性，限制了其在很多對多向受力有要求的部件上的應(yīng)用。

進(jìn)一步檢索發(fā)現(xiàn)，X.L.Wu等人在《Proceedings of the National Academy ofSciences of the United States of America》，2015，47：14501-14505上發(fā)表的“Heterogeneous lamella structure unites ultrafine-grain strength with coarse-grain ductility”(高強高韌粗細(xì)晶混合層片狀結(jié)構(gòu)材料)一文中，介紹了一種通過變形和熱處理等工藝，調(diào)控純Ti的微觀結(jié)構(gòu)至超細(xì)晶與粗晶混合的狀態(tài)，綜合利用超細(xì)晶的超高強度和粗晶的超高韌性，以及由粗細(xì)兩種不同結(jié)構(gòu)變形行為不一致性誘發(fā)的背應(yīng)力強化，制備出強度接近1GPa，均勻延伸率10％左右的高強高韌純Ti板材。該技術(shù)的特點是：(1)制得的多晶粒尺度塊體板材，不存在界面氧化夾雜等問題；(2)通過不同工藝控制混晶的比例、層厚等微觀結(jié)構(gòu)，從而獲得不同力學(xué)性能的高強高韌Ti板材。但是，這種方式制備的混晶材料組元較為單一，且耐熱性較差。

發(fā)明內(nèi)容