一种长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金板的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金板的制备方法，是针对铸态镁钆锌合金中长周期有序堆垛结构相形成难的问题，采用在镁钆锌合金中掺杂钙、铝元素，采用真空熔炼、氩气底吹保护、浇铸成锭，诱导长周期有序堆垛结构相LPSO相的形成，制成铸态长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金锭；经真空热挤压时效制成高性能长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金板增强型产物，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，产物纯度好，达99.6％，强度达417MPa，伸长率为12％；铸态镁钆锌钙铝合金的腐蚀电压为‑0.447V，腐蚀电流密度为5.528×10

【技术实现步骤摘要】
一种长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金板的制备方法
本专利技术涉及一种长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金板的制备方法，属有色金属材料制备及应用的

技术介绍
长周期有序堆垛结构相long-periodstackingorder，LPSO具有高硬度、高弹性模量、高热稳定性，具有与镁基体共格的相间界面，可显著提高镁合金的强度、塑性、抗腐蚀性、高温蠕变性等综合性能；然而，镁钆锌合金在铸态下难以形成LPSO相，需经长时间高温固溶处理后才可形成LPSO相；而铸态下形成的脆性β-(MgZn)3Gd相常以粗大连续网状/骨骼状分布于晶界，割裂镁合金基体，恶化材料性能。目前，CN104178713A专利公布了“一种用于MgGdErZnZr合金中LPSO相的调控制备方法”，经多步高温固溶热处理将共晶(MgZn)3Gd相转变为LPSO相，但该法工艺复杂、生产周期长、能耗高；生成的LPSO相和镁基体晶胞尺寸粗大，强化效果减弱；CN104372225A专利公布了“具有LPSO结构的铸态MgGdZn(Zr)合金的制备方法”，通过合金浇铸时的凝固速度控制，使镁合金晶界X相和晶内LPSO结构共存，但也存在形成的X相数量少、大部分(MgZn)3Gd晶界共晶相仍然存在的弊端。因此，如何消除铸态MgGdZn合金中β-(MgZn)3Gd晶界共晶相，促进LPSO相大量形成和完全转变，成为高性能长周期有序结构相增强MgGdZn合金的关键。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是针对
技术介绍
的弊端，在铸态MgGdZn合金中掺杂Ca、Al元素，在铸态下将(MgZn)3Gd共晶化合物转变成LPSO相，经热挤压制成LPSO相增强的高性能MgGdZnCaAl合金板，以提高镁钆锌合金的力学性能，扩大镁钆锌合金的使用范围。技术方案本专利技术使用的化学物质材料为：镁、铝、锌、镁钙中间合金、镁钆中间合金、无水乙醇、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位镁：Mg质量纯度99.95％，147.267g±0.001g铝：Al质量纯度99.95％，3.435g±0.001g锌：Zn质量纯度99.95％，6.99g±0.001g镁钙中间合金：Mg-Ca，质量纯度99.95％，31.565g±0.001gMg含量70％，Ca含量30％镁钆中间合金：Mg-Gd，质量纯度99.95％，140.2g±0.001gMg含量70％，Gd含量30％无水乙醇：C2H5OH1000mL±10mL氩气：Ar800000cm3±100cm3制备方法如下：(1)制备开合式浇铸模具开合式浇铸模具用不锈钢材料制作，模具型腔呈矩形，型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；(2)制备镁钙铝共晶合金制备镁钙铝共晶合金是在真空熔炼炉内进行的，是在抽真空、中频感应加热、氩气底吹过程中完成的；①打开真空熔炼炉，用金属铲、金属刷清理熔炼坩埚，用无水乙醇清洗熔炼坩埚内腔，使其洁净；②开启氩气瓶，向炉腔输入氩气，氩气输入速度200cm3/min，输入时间5min，清除炉腔内有害气体；③加料：将铝3.435g±0.001g、镁钙中间合金31.565g±0.001g加入熔炼坩埚内；④密闭炉腔，开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强达1Pa；⑤开启真空熔炼炉的中频感应加热器，加热熔炼坩埚内的铝、镁钙中间合金，加热温度710℃±1℃，加热时间10min，使其熔化；⑥开启熔炼坩埚内底部的氩气管，对熔炼坩埚内的溶液进行氩气底吹，氩气底吹流量为100cm3/min，使炉内压强恒定在1个大气压，氩气底吹、熔炼时间10min；⑦熔炼后,停止加热，停止氩气底吹；⑧浇铸，打开真空熔炼炉，取出熔炼坩埚，对准预制的开合式模具进行浇铸，浇满为止；⑨冷却，浇铸后熔液随开合式模具冷却至25℃；⑩开模，取出铸锭，即镁钙铝共晶合金MgCaAl；(3)制备铸态长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金镁钆锌钙铝合金的制备是在真空熔炼炉内进行的，是在抽真空、中频感应加热、氩气底吹过程中完成的；①清理熔炼坩埚，打开真空熔炼炉，用金属铲、金属刷清理熔炼坩埚，然后用无水乙醇清洗熔炼坩埚内腔，使其洁净；②加料：称取镁147.267g±0.001g、镁钆中间合金140.2g±0.001g、锌6.99g±0.001g、镁钙铝共晶合金5.543g±0.001g，加入熔炼坩埚内；③密闭炉腔，开启真空泵，抽出炉内空气，使炉内压强达1Pa；④开启真空熔炼炉的中频感应加热器，加热熔炼坩埚内的合金材料，加热温度740℃±1℃；⑤开启熔炼坩埚内底部的氩气底吹管，氩气底吹流量为100cm3/min，使炉内压强恒定在1个大气压；熔炼时间20min，使其熔化，成混合熔液；熔炼坩埚内的化学物质材料在加热熔炼、氩气底吹过程中将发生合金化反应，反应方程式如下：式中：MgGdZnCaAl：铸态长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金锭⑥熔炼后，停止加热，停止氩气底吹；⑦浇铸，打开真空熔炼炉，取出熔炼坩埚，对准模具浇口进行浇铸，浇满为止；⑧浇铸后，将模具及其内的铸件埋入细砂中，冷却至25℃；⑨开模、切割、打磨、清洗打开开合式模具，取出铸件；把铸件置于钢质平板上，用机械切割周边及正反表面，使各面规整；用砂纸打磨铸件周边及正反表面，使其光洁；用无水乙醇对铸件正反表面及周边进行清洗，使其洁净，即铸态长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金锭；(4)热挤压成型铸态长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金锭的热挤压成型是在真空热压机上进行的，是在抽真空、输氩气、等离子放电加热下完成的；①制备开合式热挤压模具，开合式热挤压模具用铬钼钢制作，模具型腔及出料口呈矩形，型腔及出料口表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；②装模，将开合式热挤压模具垂直置于钢制平板上，在模具型腔内垂直置放铸态长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金锭，并用凸模垂直压住；③打开真空热压机，将装模的开合式模具平行移入真空热压机内的工作台上，并由上部的压力块压住凸模；④关闭真空加热炉，密闭；⑤开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强达1Pa；⑥开启氩气瓶，向炉内输入氩气，氩气输入速度为100cm3/min，使炉内压强恒定在1个大气压；⑦开启等离子放电加热器，加热温度410℃±1℃，加热时间30min；⑧开启压力电机，通过压力块对铸态长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金锭施压，施压压强22MPa；在施压过程中，合金锭在模具内塑性变形，并由凹模出料口挤压出矩形板材，即长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金板；⑨热压后停止加热、停止施压、停止输氩气；合金板冷却至25℃，即终产物；⑩清洗，用无水乙醇对终产物合金板正反表面及周边进行清洗，使其洁净；(5)时效处理将制备的长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金板置于热处理炉中，进行时效处理，时效温度200℃、时效时间120min；时效后进行清洗；清洗后晾干；(6)检测、分析、表征对制备的长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金板的形貌、色泽、微观组织、力学性能、抗腐蚀性能进行检测、分析、表征；用金相显微镜进行微观组织观察；用X射线衍射仪进行相组分分析；结论：长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金板为浅灰色矩形，微观组织致密性好，产物纯度达99.6％，强度达417MPa，伸长率为12％，铸态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金板的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁、铝、锌、镁钙中间合金、镁钆中间合金、无水乙醇、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米

【技术特征摘要】
1.一种长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金板的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁、铝、锌、镁钙中间合金、镁钆中间合金、无水乙醇、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位使用的化学物质材料为：镁、铝、锌、镁钙中间合金、镁钆中间合金、无水乙醇、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位镁：Mg质量纯度99.95％，147.267g±0.001g铝：Al质量纯度99.95％，3.435g±0.001g锌：Zn质量纯度99.95％，6.99g±0.001g镁钙中间合金：Mg-Ca，质量纯度99.95％，31.565g±0.001gMg含量70％，Ca含量30％镁钆中间合金：Mg-Gd，质量纯度99.95％，140.2g±0.001gMg含量70％，Gd含量30％无水乙醇：C2H5OH1000mL±10mL氩气：Ar800000cm3±100cm3制备方法如下：(1)制备开合式浇铸模具开合式浇铸模具用不锈钢材料制作，模具型腔呈矩形，型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；(2)制备镁钙铝共晶合金制备镁钙铝共晶合金是在真空熔炼炉内进行的，是在抽真空、中频感应加热、氩气底吹过程中完成的；①打开真空熔炼炉，用金属铲、金属刷清理熔炼坩埚，用无水乙醇清洗熔炼坩埚内腔，使其洁净；②开启氩气瓶，向炉腔输入氩气，氩气输入速度200cm3/min，输入时间5min，清除炉腔内有害气体；③加料：将铝3.435g±0.001g、镁钙中间合金31.565g±0.001g加入熔炼坩埚内；④密闭炉腔，开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强达1Pa；⑤开启真空熔炼炉的中频感应加热器，加热熔炼坩埚内的铝、镁钙中间合金，加热温度710℃±1℃，加热时间10min，使其熔化；⑥开启熔炼坩埚内底部的氩气管，对熔炼坩埚内的溶液进行氩气底吹，氩气底吹流量为100cm3/min，使炉内压强恒定在1个大气压，氩气底吹、熔炼时间10min；⑦熔炼后,停止加热，停止氩气底吹；⑧浇铸，打开真空熔炼炉，取出熔炼坩埚，对准预制的开合式模具进行浇铸，浇满为止；⑨冷却，浇铸后熔液随开合式模具冷却至25℃；⑩开模，取出铸锭，即镁钙铝共晶合金MgCaAl；(3)制备铸态长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金镁钆锌钙铝合金的制备是在真空熔炼炉内进行的，是在抽真空、中频感应加热、氩气底吹过程中完成的；①清理熔炼坩埚，打开真空熔炼炉，用金属铲、金属刷清理熔炼坩埚，然后用无水乙醇清洗熔炼坩埚内腔，使其洁净；②加料：称取镁147.267g±0.001g、镁钆中间合金140.2g±0.001g、锌6.99g±0.001g、镁钙铝共晶合金5.543g±0.001g，加入熔炼坩埚内；③密闭炉腔，开启真空泵，抽出炉内空气，使炉内压强达1Pa；④开启真空熔炼炉的中频感应加热器，加热熔炼坩埚内的合金材料，加热温度740℃±1℃；⑤开启熔炼坩埚内底部的氩气底吹管，氩气底吹流量为100cm3/min，使炉内压强恒定在1个大气压；熔炼时间20min，使其熔化，成混合熔液；熔炼坩埚内的化学物质材料在加热熔炼、氩气底吹过程中将发生合金化反应，反应方程式如下：式中：MgGdZnCaAl：铸态长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金锭⑥熔炼后，停止加热，停止氩气底吹；⑦浇铸，打开真空熔炼炉，取出熔炼坩埚，对准模具浇口进行浇铸，浇满为止；⑧浇铸后，将模具及其内的铸件埋入细砂中，冷却至25℃；⑨开模、切割、打磨、清洗打开开合式模具，取出铸件；把铸件置于钢质平板上，用机械切割周边及正反表面，使各面规整；用砂纸打磨铸件周边及正反表面，使其光洁；用无水乙醇对铸件正反表面及周边进行清洗，使其洁净，即铸态长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金锭；(4)热挤压成型铸态长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金锭的热挤压成型是在真空热压机上进行的，是在抽真空、输氩气、等离子放电加热下完成的；①制备开合式热挤压模具，开合式热挤压模具用铬钼钢制作，模具型腔及出料口呈矩形，型腔及出料口表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；②装模，将开合式热挤压模具垂直置于钢制平板上，在模具型腔内垂直置放铸态长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金锭，并用凸模垂直压住；③打开真空热压机，将装模的开合式模具平行移入真空热压机内的工作台上，并由上部的压力块压住凸模；④关闭真空加热炉，密闭；⑤开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强达1Pa；⑥开启氩气瓶，向炉内输入氩气，氩气输入速度为100cm3/min，使炉内压强恒定在1个大气压；⑦开启等离子放电加热器，加热温度410℃±1℃，加热时间30min；⑧开启压力电机，通过压力块对铸态长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金锭施压，施压压强22MPa；在施压过程中，合金锭在模具内塑性变形，并由凹模出料口挤压出矩形板材，即长周期有序堆垛结构相增强镁钆锌钙铝合金板；⑨热压后停止加热、停止施压、停止输氩气；合金板冷却至25℃，即终产物；⑩清洗，用无水乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：边丽萍，赵元亮，王力鹏，熊佳，翟利军，曾航航，梁伟，赵兴国，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14