[發明專利]一種納米梯度鎂合金的制備方法

在審

• 申請號: 202110533733.1
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113373329A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 寧江利;苑瀟逸
• 申請（專利權）人: 華北理工大學
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22F1/06;C22C23/06
• 代理公司: 北京青松知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11384
• 代理人: 鄭青松

本發明涉及一種納米梯度鎂合金的制備方法，屬于高強鎂合金制備技術領域。其將半連續鑄造鑄坯進行均勻化處理后擠壓成棒材，擠壓溫度為430～480℃，擠壓比13:1～16:1，對擠壓態合金首先進行峰時效處理，225℃保溫16～20h，然后進行表面機械研磨處理SMAT，SMAT在室溫進行，總研磨時長60～120min，制得厚度為2.5～5mm，直徑為49mm的圓片狀納米梯度鎂合金板材。本發明有效提高了合金強度，獲得較好的強度和塑性組合。

技術領域

本發明涉及一種納米梯度鎂合金的制備方法，屬于高強鎂合金制備技術領域。

背景技術

鎂合金具有低密度、高比強度、導電導熱性好等優勢，在航空航天、國防、交通運輸等領域具有廣闊的應用前景。然而，鎂合金較低的絕對強度和較差的塑韌性限制了其進一步發展。研究發現添加Gd、Y等稀土元素的鎂合金展現出優良的固溶強化和沉淀硬化效果，并且可以結合形變強化的方式進行加工。已有研究對Mg-Gd-Y合金進行軋制、熱擠壓等變形工藝，其中，經過擠壓后合金通常展現出均勻、細小的晶粒組織，結合后續的時效處理，往往具有比熱軋后更優的力學性能。然而，單純采用擠壓變形只能將晶粒尺寸細化至10μm左右，鎂合金的細晶強化潛力不能完全體現。因此，如何在此基礎上如何進一步激發材料潛力，提升性能成為關鍵。

表面機械研磨處理(Surface Mechanical Attrition Treatment，SMAT)通過金屬彈丸進行無規則沖擊，使材料表面一定深度發生劇烈變形，獲得納米級至亞微米級的超細晶粒，而靠近心部、受應變影響較小的區域仍保留較粗大的微觀結構，形成非均質的梯度結構，從而有效的提升材料的強韌性能。

發明內容

針對現有技術的上述問題，本發明提供了一種納米梯度鎂合金的制備方法，用于解決鎂合金材料性能的問題

本發明采用如下技術方案：

一種納米梯度鎂合金的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

步驟一：采用半連續鑄造方法制備鎂合金鑄錠，其鎂合金質量百分比成分如下：

Gd：8.0～9.5；Y：2.0～3.5；Zr：0.3～0.7；余量為Mg；

步驟二：將鎂合金鑄錠進行均勻化處理；

步驟三：將均勻化處理后的坯料進行擠壓變形，具體為：將半連續鑄造鎂合金鑄錠進行均勻化處理后擠壓成棒材，形成擠壓態合金，擠壓溫度為430～480℃，擠壓比13:1～16:1；

步驟四：對擠壓態合金進行峰時效處理，即225℃保溫16～20h；

步驟五：對擠壓態合金進行表面機械研磨處理SMAT，SMAT在室溫進行，SMAT振動頻率為50Hz，采用鋼球直徑為4～8mm總研磨時長60～120min；

步驟六：對經過表面機械研磨處理SMAT后的擠壓態合金進行去應力退火，退火參數為200℃保溫2h；

步驟七：通過上述步驟制得厚度為2.5～5mm，直徑為49mm的圓片狀納米梯度鎂合金板材，所述圓片狀納米梯度鎂合金板材從板材表面到心部晶粒尺寸由50～250nm逐漸增大到10～30μm，經室溫拉伸測試，其合金室溫抗拉強度≥440MPa，屈服強度≥380MPa，延伸率≥3％。

進一步地，所述表面機械研磨處理SMAT采用研磨罐體研磨，研磨罐體頂部設置有圓片狀的所述擠壓態合金，研磨罐體內部設置有不銹鋼彈丸。

進一步地，所述圓片狀納米梯度鎂合金板材由板材加工表面到心部分為劇烈變形層、中度變形層以及基體層。

進一步地，板材從加工表面向下0～300μm厚為所述劇烈變形層，其晶粒尺寸從50nm逐漸增加至大于250nm；從板材加工表面向下300～600μm厚度為中度變形層，原擠壓態晶粒內部形成亞晶和孿晶；從板材加工表面向下大于600μm厚度為基體層。