一种高热稳定性混晶结构镁合金及可控性制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及金属材料制备领域，具体涉及一种高热稳定性混晶结构镁合金及可控性制备方法与应用，包括：(1)将镁基粉末和Ti粉末一起进行机械球磨，得到Ti颗粒增强纳米晶镁合金粉末A；(2)向粉末A中加入镁基粉末，进行机械混合，得到Ti颗粒增强纳米晶镁合金粉末与微米晶镁基粉末的混合粉末B；(3)将粉末B进行压制成形，得到坯料；(4)将步骤(3)中的坯料进行挤压，即得。该方法是基于粉末冶金工艺制备Ti颗粒增强混晶结构镁合金，能够实现纳米/亚微米与微米尺度晶粒均匀混合与可控性制备，超细晶组织内弥散分布的Ti颗粒能够改善材料的组织热稳定性，满足镁合金材料多样化的性能需求。

【技术实现步骤摘要】
一种高热稳定性混晶结构镁合金及可控性制备方法与应用
本专利技术涉及金属材料制备领域，具体涉及一种高热稳定性混晶结构镁合金及可控性制备方法与应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。金属镁密度低、比强度比刚度高、阻尼性能优异，镁合金已经应用于汽车、轨道交通和航空航天等领域，能够实现轻量化，进而有效的提高能源的利用效率，减少环境污染。金属镁强度性能较低，并且密排六方(HCP)结构的镁塑性较差，限制了镁合金在高端结构材料领域的应用。目前，镁合金技术创新重点集中于高强高韧化，研究开发比传统镁合金具有更高强度、塑性与耐热性的新型镁合金，成为推动镁合金材料向高端结构材料应用亟待解决的关键问题。在金属结构材料中，强度和塑性都是非常重要的性能指标。目前，在提高镁合金室温强度方面，细化晶粒是非常有效的方法。通常，金属材料屈服应力σ与晶粒尺寸d两者遵循Hall-Petch关系：σ＝σ0+k·d-1/2，密排六方结构的金属镁滑移系较少，其Hall-Petch系数k值较高，因此细化晶粒能够产生较强的室温强化效果。同时，对于微米尺度镁合金而言，可以发生位错主导的塑性变形，晶粒的细化促进材料发生均匀的塑性变形，从而有效避免局部应力集中引发的裂纹，使得材料塑性得到改善。纳米/亚微米与微米尺度晶粒混合的微观组织结构(混晶结构)，可以综合利用纳米/亚微米尺度晶粒组织的高强度及微米尺度晶粒组织的高塑性。>常见的混晶结构镁合金制备方法为剧烈塑性变形与热处理工艺相结合。现有技术中公开了一种制备高强塑性混晶结构镁合金的方法，首先对Mg合金挤压板材进行均质化处理，随后通过等径角挤压、多道次冷轧获得混晶结构镁合金；现有技术还公开了一种具有混晶结构的镁合金材料及其制备方法，采用搅拌摩擦加工装置在温度为-196～26℃条件下对填有粉末(氮化钒、碳化硅或二硼化钛一种或多种的混合粉末)的镁合金板材进行搅拌摩擦加工，并对加工后的板材进行热处理即得；目前，还出现了兼具混晶结构与非基面织构的变形镁合金板材的制备方法，通过对变形镁合金板材进行热轧-剪切-连续弯曲及热处理工艺实现了混晶结构镁合金的制备。然而，基于塑性变形与热处理制备混晶结构材料，组织构型的可控性较差，无法满足对材料强度和塑性差异性、个性化的需求。粉末冶金作为一种固相成形工艺，通过机械球磨、机械搅拌等对粉末进行预处理，在制备混晶结构金属材料领域，已有相关的研究报道。如：一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金及制法，通过高能球磨结合热压烧结技术得到具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金；美国HanBQ等人将球磨与未球磨铝合金粉末均匀混合，经固结成形获得了超细晶和微米晶构成的混晶组织。将粉末冶金应用于混晶结构镁合金制备中，将有助于解决组织构型可控性较差的问题，但与此同时，混晶结构中超细晶组织热稳定性差，特别是超细晶镁合金，极易在热环境中发生晶粒长大，破坏设计的混晶结构，无法满足预期的性能要求。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供一种高热稳定性混晶结构镁合金及可控性制备方法与应用，该方法是基于粉末冶金工艺制备Ti颗粒增强混晶结构镁合金，能够实现纳米/亚微米与微米尺度晶粒均匀混合与可控性制备，超细晶组织内弥散分布的Ti颗粒能够改善材料的组织热稳定性，满足镁合金材料多样化的性能需求，具有重要的研究意义和应用价值。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种高热稳定性混晶结构镁合金的可控性制备方法，包括：(1)将镁基粉末和Ti粉末一起进行机械球磨，得到Ti颗粒增强纳米晶镁合金粉末A；(2)向粉末A中加入镁基粉末，进行机械混合，得到Ti颗粒增强纳米晶镁合金粉末与微米晶镁基粉末的混合粉末B；(3)将粉末B进行压制成形，得到坯料。(4)将步骤(3)中的坯料进行挤压，即得。本专利技术的设计思路为：a.采用机械球磨制备Ti颗粒增强纳米晶镁合金粉末，实现Ti颗粒在镁基体中的弥散分布以及镁基体晶粒尺寸的细化/纳米化，弥散分布的Ti颗粒不仅起到强化的作用，还能提高纳米晶镁基体的热稳定性。b.通过机械混合实现Ti颗粒增强纳米晶镁合金粉末与微米晶镁基粉末的均匀混合，以及纳米晶体积分数的可控调节。c.采用粉末压制成形与挤压成形工艺实现Ti颗粒增强混晶结构粉末的固结成形，制备Ti颗粒增强混晶结构镁合金。本专利技术第二方面提供一种上述制备方法得到的高热稳定性混晶结构镁合金。本专利技术第三方面提供上述高热稳定性混晶结构镁合金的可控性制备方法和/或高热稳定性混晶结构镁合金在环境、能源、军工、航天航空、汽车、纺织或机械领域的应用。本专利技术的一个或多个实施方式至少具有以下有益效果：(1)本专利技术提出了一种可行的Ti颗粒增强混晶结构镁合金的制备方法，采用粉末冶金的方式进行，能够实现镁合金混晶结构组织的可控调节。(2)本专利技术采用Ti颗粒作为增强相提高材料强度的同时可以抑制超细晶的长大，从而提高混晶结构镁合金的热稳定性。(3)本专利技术工艺流程简单，满足对强度和塑性多样化的需求，具有广阔的应用前景。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术第一实施例中制备的球磨粉末A(a)、B(b)扫描电子显微镜图。图2为本专利技术第一实施例中制备的球磨粉末A透射电子显微镜图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中，将粉末冶金应用于混晶结构镁合金制备中，混晶结构中超细晶组织热稳定性差，特别是超细晶镁合金，极易在热环境中发生晶粒长大，破坏设计的混晶结构，无法满足预期的性能要求。为了解决如上的技术问题，本专利技术第一方面提供了一种高热稳定性混晶结构镁合金的可控性制备方法，包括：(1)将镁基粉末和Ti粉末一起进行机械球磨，得到Ti颗粒增强纳米晶镁合金粉末A；(2)向粉末A中加入镁基粉末，进行机械混合，得到Ti颗粒增强纳米晶镁合金粉末与微米晶镁基粉末的混合粉末B；(3)将粉末B进行压制成形，得到坯料；(4)将步骤(3)中的坯料进行挤压，即得。其中，为了使得混晶结构镁合金制备具有可控性，粉末冶金是一种可靠的手段，但现有技术中所采用的常规的粉末冶金法，一般是直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高热稳定性混晶结构镁合金的可控性制备方法，其特征在于：包括：/n(1)将镁基粉末和Ti粉末一起进行机械球磨，得到Ti颗粒增强纳米晶镁合金粉末A；/n(2)向粉末A中加入镁基粉末，进行机械混合，得到Ti颗粒增强纳米晶镁合金粉末与微米晶镁基粉末的混合粉末B；/n(3)将粉末B进行压制成形，得到坯料；/n(4)将步骤(3)中的坯料进行挤压，即得。/n

【技术特征摘要】
1.一种高热稳定性混晶结构镁合金的可控性制备方法，其特征在于：包括：
(1)将镁基粉末和Ti粉末一起进行机械球磨，得到Ti颗粒增强纳米晶镁合金粉末A；
(2)向粉末A中加入镁基粉末，进行机械混合，得到Ti颗粒增强纳米晶镁合金粉末与微米晶镁基粉末的混合粉末B；
(3)将粉末B进行压制成形，得到坯料；
(4)将步骤(3)中的坯料进行挤压，即得。


2.如权利要求1所述的可控性制备方法，其特征在于：步骤(1)中，镁基粉末包括：纯镁粉末和镁合金粉末，平均粒径为1～4000μm，优选为50～500μm。


3.如权利要求1所述的可控性制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述Ti粉末，平均粒径1～50μm，优选为10～50μm，Ti粉末添加量为1at.％～30at.％。


4.如权利要求1所述的可控性制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，机械球磨为：将镁基粉末和Ti粉末放入球磨罐，在氩气气氛下进行机械球磨，球料比为20:1～120:1，球磨转速为300～500r/min，每间隔15min～30min球磨一次，单次球磨时间为0.5～2h，球磨2～20h。


5.如权利要求1所述的可控性制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，镁基粉末包括：纯镁粉末和镁合金粉末，平均粒径1～4000μm，优选为...

【专利技术属性】
技术研发人员：于欢，王荣荣，周吉学，马百常，李航，张素卿，吴建华，唐守秋，王西涛，
申请(专利权)人：山东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37