一种协同合金化挤压镁合金的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种协同合金化挤压镁合金的制备方法。该方法以镁锌为基材，通过添加钙元素和镧铈混和稀土元素，铸造出多元合金，随后置于高温环境中，进行一定时间的均匀化固溶处理，温水中淬火，最后高温预热，进行热挤压，室温冷却，最终得到力学性能显著提高的镁合金挤压棒材。后续实验表征说明，本发明专利技术提供的镁合金挤压棒材与单独添加钙元素或单独添加镧铈混和稀土元素的镁合金挤压棒材相比，晶粒尺寸分别降低45.76％、64.04％，抗拉强度分别提高10.03％、12.79％，延伸率达到20.8％。该合金是一种目前鲜有报道的挤压合金，且本发明专利技术生产工艺简单，成分可控，成本低廉，具有非常广阔的应用前景。

Method for preparing synergistic alloy extrusion magnesium alloy

The invention provides a method for preparing a synergistic alloying extrusion magnesium alloy. In this method, magnesium and zinc as the substrate, by adding calcium and lanthanum cerium mixed rare earth elements, cast alloy, and then placed in a high temperature environment, the homogenization time of solution treatment, warm water quenching, the high temperature preheating, hot extrusion, cooling at room temperature, the mechanical properties of magnesium alloy are significantly improved the extruded bars. Subsequent experiments showed that the magnesium alloy, the invention provides a magnesium alloy extrusion bar and adding calcium or addition of lanthanum and cerium mixture of rare earth elements extrusion compared to the grain size were decreased by 45.76%, 64.04%, 10.03%, 12.79% respectively, the tensile strength increased, the elongation reached 20.8%. The alloy is a kind of extrusion alloy which is seldom reported at present. The invention has the advantages of simple production process, controllable composition, low cost and wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种协同合金化挤压镁合金的制备方法
本专利技术涉及合金
，具体地说，涉及一种协同合金化挤压镁合金的制备方法。
技术介绍
新世纪以来，随着矿产资源日益枯竭和温室气体的大量排放，节能减排成为全世界的重要课题。材料的轻量化可以有效降低能源消耗，对实现节能环保和可持续发展的战略目标具有重要意义。镁合金具有较高的比强度、比刚度，较低的密度，切削加工性好以及再生循环性好等优点，在航空领域和汽车工业具有广泛的应用潜力。但目前各种商用镁合金跟传统的钢铁和铝合金相比，其综合力学性能稍逊一筹，限制了其更大范围的应用。因此，镁合金力学性能的改进吸引了广泛研究。合金化是提高镁合金力学性能的有效方法。在镁合金中添加合适的合金化元素可以减小晶粒尺寸，改善组织，进而提高镁合金的力学性能。钙、锌、稀土元素都是常用的合金化元素。据报道，超高强度镁钆钇锌锆合金京变形加工后，其拉伸强度可以超过500MPa。然而钆钇较高的价格和添加量，导致其成本过高，不适于大规模推广应用。镧铈稀土作为重稀土分离过程中的副产品，凭借低廉的价格和良好的合金化作用，在镁合金中具有较大潜力。稀土元素的引入还可以使合金表面形成更加致密的腐蚀产物膜，可以有效地一直合金的进一步腐蚀，对合金的耐腐蚀性能的提高也有着积极意义。除了合金化，镁合金的变形加工同样对力学性能的提高具有十分明显的作用。通过大量的实验，我们发现，在镁合金中协同添加合金化元素，然后进行适当的变形加工，可以有效提高镁合金的力学性能。本文中，我们开发了一种简单，高效，低成本的变形镁合金。通过在镁合金中协同添加钙元素和镧铈混合稀土元素，经过一系列的热处理和热加工，制备出了力学性能显著的提高的变形镁合金。该合金晶粒明显细化，并表现出良好的抗拉力学性能。该方法具有成本低，工艺简单等特点，生产的镁合金在航空航天、汽车以及电子工业中具有广泛的应用潜力。
技术实现思路
本专利提出了一种协同合金化挤压镁合金的制备方法，该方法通过在镁合金中协同添加钙元素和镧铈混合稀土元素，经过一系列的热处理和热加工，制备出了力学性能显著提高的变形镁合金。该合金晶粒明显细化，并表现出良好的抗拉力学性能。该方法具有成本低，工艺简单等特点，生产的镁合金在航空航天、汽车以及电子工业中具有广泛的应用潜力。一种协同合金化挤压镁合金的制备方法，其特征在于：以镁锌为基材，通过添加钙元素和镧铈混和稀土元素，铸造出多元合金，随后置于高温环境中，进行一定时间的均匀化固溶处理，温水中淬火，最后高温预热，进行热挤压，室温冷却，最终得到力学性能显著提高的镁合金挤压棒材。一种协同合金化挤压镁合金的制备方法，该方法具体包括以下步骤：(1)铸态合金的熔炼：在保护气体氛围中，将纯镁、纯锌置于电阻炉，加热熔融，随后添加钙源(镁钙中间合金)和镧铈混合稀土，熔融后扒渣，待混合均匀，浇入模具，冷却得到合金铸锭；(2)铸锭的固溶处理：将步骤(1)得到的合金铸锭放入金属热处理电阻炉，在高温环境中，进行一定时间的均匀化热处理，随后进行水中淬火，得到单一的过饱和固溶体；(3)高温热挤压：将步骤(2)得到的固溶合金放入高温环境，保温一定时间，随后进行热挤压加工，得到挤压棒材。3.步骤(1)所述的保护气体为六氟化硫和二氧化碳的混合气体，混合比例为40:1～30:1，加热温度为720℃～730℃。优选地，步骤(1)所述的保护气体的混合比例为40:1，加热温度为720℃。4.步骤(1)所述的中间合金镁钙元素的质量比为50:50，混合稀土的比例为1:1。5.步骤(2)所述的热处理温度为385℃,时间为8h～24h，淬火所用水的二次去离子水，水温为65℃～75℃。优选地，步骤(2)所述的热处理时间为8h，淬火所用水温为70℃。6.步骤(3)所述的高温环境温度为200℃～220℃，保温时间为0.5h～1h。7.步骤(3)所述的热挤压加工，挤压条件为：挤压比为20，挤压速率为1～2mm·s-1。优选地，步骤(3)所述的热挤压速率为1mm·s-1。8.本专利技术所制备的协同合金化挤压镁合金，抗拉强度达到301MPa，延伸率达到20.8％，具有优良的综合力学性能，在航空航天、汽车以及电子工业中具有广泛的应用潜力。本专利技术采用的方法具有成本低，工艺简单等特点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍。下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对相关人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所用的挤压模具示意图。图2a为协同合金化挤压镁合金的1000倍场发射电子显微镜图片，图2b为钙元素合金化挤压镁合金的1000倍场发射电子显微镜图片，图2c为镧铈混合稀土元素合金化挤压镁合金的1000倍场发射电子显微镜图片。图3为钙或镧铈单一合金化挤压镁合金、协同合金化挤压镁合金的应力应变曲线。具体实施方式下面结合本专利技术实例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行详细说明。以下所述内容为本专利技术构思下的基本说明，而依据本专利技术所做的任何等效变换，均应属于本专利技术的保护范围。本专利技术中的一种协同合金化挤压镁合金的制备方法的表征是使用场发射电子显微镜(HitachiS-4800，Japan)观察合金的显微组织、力学拉伸试验机(Instron5869，America)获取合金的应以应变曲线。数据值均为3个试样处测量数据的平均值。实施例1：(1)铸态合金的熔炼：在六氟化硫和二氧化碳的混合比例为40:1的保护气体氛围中，将9.25kg纯镁、0.6kg纯锌置于电阻炉，720℃加热熔融，随后添加0.1kg镁钙中间合金，镁钙质量比为1:1，和0.05镧铈混合稀土，镧铈质量比为1:1，熔融后扒渣，待混合均匀，浇入45#钢永久型模具，冷却得到合金铸锭；(2)铸锭的固溶处理：将步骤(1)得到的合金铸锭放入金属热处理电阻炉，在385℃中，进行8h的均匀化热处理，随后进行70℃水中淬火，得到单一的过饱和固溶体；(3)高温热挤压：将步骤(2)得到的固溶合金、挤压模具放入200℃环境中预热，保温0.5h，随后进行热挤压，加压比挤压比为20，挤压速率为1mm·s-1，即制得所述的协同合金化挤压镁合金。图2a为协同合金化挤压镁合金的1000倍场发射电子显微镜图片，图2b为钙元素合金化挤压镁合金的1000倍场发射电子显微镜图片，图2c为镧铈混合稀土元素合金化挤压镁合金的1000倍场发射电子显微镜图片。通过统计计算，协同合金化挤压镁合金的晶粒尺寸为3.2um，显著减小。实施例2：(1)铸态合金的熔炼：在六氟化硫和二氧化碳的混合比例为40:1的保护气体氛围中，将9.25kg纯镁、0.6kg纯锌置于电阻炉，720℃加热熔融，随后添加0.1kg镁钙中间合金，镁钙质量比为1:1，和0.05镧铈混合稀土，镧铈质量比为1:1，熔融后扒渣，待混合均匀，浇入45#钢永久型模具，冷却得到合金铸锭；(2)铸锭的固溶处理：将步骤(1)得到的合金铸锭放入金属热处理电阻炉，在385℃中，进行24h的均匀化热处理，随后进行70℃水中淬火，得到单一的过饱和固溶体；(3)高温热挤压：将步骤(2)得到的固溶合金、挤压模具放入200℃环境中预热，保温1h，随后进行热挤压，加压比挤压比为20，挤压速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种协同合金化挤压镁合金的制备方法，其特征在于：以镁锌为基材，通过添加钙元素和镧铈混和稀土元素，铸造出多元合金，随后置于高温环境中，进行一定时间的均匀化固溶处理，温水中淬火，最后高温预热，进行热挤压，室温冷却，最终得到力学性能显著提高的镁合金挤压棒材。

【技术特征摘要】
1.一种协同合金化挤压镁合金的制备方法，其特征在于：以镁锌为基材，通过添加钙元素和镧铈混和稀土元素，铸造出多元合金，随后置于高温环境中，进行一定时间的均匀化固溶处理，温水中淬火，最后高温预热，进行热挤压，室温冷却，最终得到力学性能显著提高的镁合金挤压棒材。2.根据权利要求1所述的协同合金化挤压镁合金的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：(1)铸态合金的熔炼：在保护气体氛围中，将纯镁、纯锌置于电阻炉，加热熔融，随后添加钙元素和镧铈混合稀土元素，熔融后扒渣，待混合均匀，浇入模具，冷却得到合金铸锭；(2)铸锭的固溶处理：将步骤(1)得到的合金铸锭放入金属热处理电阻炉，在高温环境中，进行一定时间的均匀化热处理，随后进行水中淬火，得到单一的过饱和固溶体；(3)高温热挤压：将步骤(2)得到的固溶合金放入高温环境，保温一定时间，随后进行热挤压加工，得到挤压棒材。3.根据权利要求2所述的协同合金化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳斌，佟立波，楚景慧，江月，江忠浩，张洪杰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22