一种超高模量的镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术采用在镁合金中掺入纳米氧化铝，得到了一种超高模量的镁合金。该镁合金由镁、锌元素以及纳米氧化铝构成；镁锌的原子比例在3:1至1.5:1之间；氧化铝的平均直径在100纳米以下，镁合金的平均晶粒在100纳米以下，合金的弹性模量可达50MN*M/Kg以上。该镁合金通过熔炼、掺入纳米颗粒并分散、冷却、扭曲变形等步骤制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超高模量的镁合金及其制备方法，尤其是一种氧化铝增强镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁合金是一种密度非常小的的轻金属材料，目前已经在手持电子设备、汽车、航空航天等领域中应用。作为工程材料，人们通常期望高模量、高强度的材料，但是，由于镁合金的原子结构特点，其塑性差，模量低、强度偏低。中国专利CN103031452A公开了一种碳化硅颗粒增强镁基复合材料及制备方法，该专利技术以纯Mg粉末、Al粉末和SiC颗粒微粉为原材料，采用粉末冶金和多向锻造法制备碳化硅颗粒增强镁基复合材料。通过粉末冶金和多向锻造两种成型方法，使镁合金基体与SiC颗粒之间具有良好的浸润性和结合性，而且消除了粉末冶金成型过程中残留在材料内部的孔隙，最终获得了SiC颗粒均匀分布，镁合金基体晶粒细小的镁基复合材料，使该复合材料具有更好的力学性能。该专利技术的镁合金的抗拉强度一般为100余MPa。中国专利104109790A提供了一种高强镁合金材料及其制备方法，该镁合金材料组分中包含铝(Al)，锌(Zn)，氯化锰(MnCl2)，碳化硅(SiC)晶粒，铍(Be)，镁(Mg)，其中，镁合金材料各组分组成按重量百分比分别为：铝(Al)：10.5-12％，锌(Zn)：6-7％，氯化锰(MnCl2)：0.6-1.5％，碳化硅(SiC)晶粒：2-3.5％，铍(Be)：0.01-0.03％，余量为镁(Mg)。该合金通过连续铸造的方式取代传统的挤压工艺，以短流程的方式完成镁合金的生产，缩短了生产流程，节约了成本，所制备的镁合金材料相比于传统的镁合金材料，在抗拉强度、屈服强度、延伸率、弹性模量、硬度等方面均得到明显改善。中国专利103320631A提供了一种镁合金掺杂SiC颗粒的增强方法，其使用的化学物质材料为：镁合金块、细碳化硅、粗碳化硅、氢氟酸、去离子水、六氟化硫、二氧化碳。镁合金掺杂SiC颗粒的增强方法如下：（1）精选化学物质材料：对使用的化学物质材料进行精选，并进行质量纯度、浓度控制；（2）预处理碳化硅；(3）熔铸镁合金、掺杂SiC颗粒熔炼镁合金、掺杂SiC颗粒是在熔炼坩埚中进行的，是在加热、搅拌、气体保护下完成的；（4）浇铸成锭、加压凝固；（5）热挤压镁合金复合材料铸锭的热挤压是在热挤压机上进行的，是在圆筒形模具内、在加压过程中完成的；（6）冷却将经过热挤压的镁合金复合材料棒，埋入细砂中，使其自然冷却至25℃；（7）清理将热挤压、冷却后的镁合金复合材料棒用砂纸打磨，使表面光洁；（8）检测、分析和表征对制备的镁合金复合材料棒的色泽、显微组织、力学性能、耐磨性进行检测、分析和表征；结论：掺杂SiC颗粒的镁合金复合材料棒为银白色，显微组织致密，细SiC颗粒和粗SiC颗粒在镁合金棒中分布均匀，屈服强度达320MPa±2MPa，硬度达120HV±5HV，耐磨性提高80%。中国专利CN104109790A提供了一种高强镁合金材料及其制备方法，该镁合金材料组分中包含铝(Al)，锌(Zn)，氯化锰(MnCl2)，碳化硅(SiC)晶粒，铍(Be)，镁(Mg)，其中，镁合金材料各组分组成按重量百分比分别为：铝(Al)：10.5-12％，锌(Zn)：6-7％，氯化锰(MnCl2)：0.6-1.5％，碳化硅(SiC)晶粒：2-3.5％，铍(Be)：0.01-0.03％，余量为镁(Mg)。本专利技术所提供的高强镁合金材料及其制备方法，通过连续铸造的方式取代传统的挤压工艺，以短流程的方式完成镁合金的生产，缩短了生产流程，节约了成本，所制备的镁合金材料相比于传统的镁合金材料，在抗拉强度、屈服强度、延伸率、弹性模量、硬度等方面均得到明显改善。屈服强度最高可达到380MPa，不过其延伸率很低，只有5%。以上专利技术都致力于提高镁合金的性能特别是强度性能，不过，其专利技术的镁合金的弹性模量一般都在30MN*M/Kg以下，在工程材料中属于偏低的范围。
技术实现思路
：专利技术目的：为了拓展镁合金的应用领域，本专利技术提供了一种高强度镁合金及其制备方法。本专利技术的技术方案如下：?采用在纳米颗粒增强的方法，在熔炼的过程中向镁合金中掺入氧化铝纳米颗粒，分散均匀，缓慢冷却并抽真空让纳米颗粒进一步提高浓度，然后在高压下采用扭曲变形的方式，进一步细化晶粒，提高合金的强度。根据本专利技术，可以制备一种纳米颗粒增强的高强镁合金。其显微组织中的平均晶粒直径在100纳米以下，纳米颗粒的直径在100纳米以下，镁合金的弹性模量在50MN*M/Kg以上。具体制备方法包括以下步骤：（1）准备原料：准备99.9%以上的高纯镁与高纯锌，以及平均粒径为100纳米以下的纳米氧化铝；（2）熔炼合金：将高纯镁与锌按照一定的原子比例配料，在保护气氛中熔炼，熔炼过程中加入纳米氧化铝，保持温度在700°C，采用超声的方法进行分散；（3）对合金锭进行缓慢冷却，在冷却的过程中保持抽真空状态，真空度低于5torr；（4）冷却后，将合金锭加工成圆盘状；（5）将步骤(4)处理的粗晶合金圆盘放入上、下两个压砧中的凹槽形成的空间内，对合金施加高压，并旋转压砧以扭转合金圆盘，使之发生扭曲形变。其中，步骤（1）中的保护气体为CO2与SF6的混合气体，步骤（3）中，冷却速度小于每秒0.5k；步骤（5）中合金承受的压力为1.5-5GPa；旋转速度每分钟2~5转，一共旋转3-20圈。作为优选，CO2与SF6的体积比的范围是50:1~100:1。作为优选，高纯镁与锌的原子比例为3~6:1。作为优选，步骤（2）中所加入的氧化铝颗粒占合金的质量分数为1.5~5%。有益的效果：本专利技术采用高强度的纳米氧化铝的颗粒作为增强颗粒，不仅可以起到细化晶粒的作用，而且可以作为位错运动的障碍，阻止金属的位错移动，从而强化金属；同时，细化晶粒能够起到改善合金塑性的作用。本专利技术采用高温金属液体状态下进行超声分散，有效解决了纳米颗粒在金属中很难分散均匀的问题。在液态金属状态下使用超声分散，可以将纳米颗粒分散均匀，以解决传统混合、搅拌等技术中纳米颗粒分散不好的缺陷。熔炼后采用缓慢冷却，同时保持真空度，可以使镁的金属蒸汽不断地被抽出，降低合金中镁的含量，从而提高合金中纳米颗粒的体积分数，进一步增强纳米颗粒强化的效果。在本专利技术中，虽然加入的镁锌比例为3~6:1，但是最终得到的合金中，镁锌的原子比例在3:1至1.5:1之间。在施加高压扭曲形变的过程中，合金基体中较大的晶粒被分解成更细小的纳米晶粒。最终合金的平均晶粒直径一般在100纳米以下，根据霍尔-配奇关系，晶粒变得细小，可以使得合金的强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高模量的镁合金，其特征在于：该镁合金由镁、锌元素以及纳米氧化铝构成；镁锌的原子比例在3:1至1.5:1之间；氧化铝的平均直径在100纳米以下，镁合金的平均晶粒在100纳米以下，合金的弹性模量在50MN*M/Kg以上。

【技术特征摘要】
1.一种超高模量的镁合金，其特征在于：该镁合金由镁、锌元素以及纳米氧化铝构成；
镁锌的原子比例在3:1至1.5:1之间；氧化铝的平均直径在100纳米以下，镁合金的平均晶粒
在100纳米以下，合金的弹性模量在50MN*M/Kg以上。
2.如权利要求1所述的镁合金，其制造方法包含以下步骤：
（1）准备原料：准备纯度99.9%以上的高纯镁与高纯锌，以及平均粒径为100纳米以下的
纳米氧化铝；
（2）熔炼合金：将高纯镁与锌按照一定的原子比例配料，在保护气氛中熔炼，熔炼过程
中加入纳米氧化铝，保持温度在700°C，采用超声的方法进行分散；
（3）对合金锭进行缓慢冷却，在冷却的过程中保持抽真空状态，真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：何枇林，李德辉，朱浩，
申请(专利权)人：佛山市领卓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44