【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有色金属材料制备，具体涉及一种兼具高模量和高塑性的镁合金及其制备方法。
技术介绍
1、镁及镁合金因其极低密度、高比强度及高比刚度、良好的生物相容性等优异性能而被广泛认为是21世纪最理想的绿色工程材料。然而低模量、低塑性等劣势也使得其应用受到很大限制。特别是，镁合金由于低延展性的劣势而存在变形温度范围狭窄、产品性能及安全系数低、产品维修成本高等问题，严重限制了其在各大轻量化领域的应用，因此在提升模量的基础上进一步提高镁合金的塑性是一个亟需解决的难题。单纯采用在金属镁中添加合金化元素已经难以实现兼具高模量与高塑性镁合金的制备，特别是难以同时实现模量和塑性的协同提升，这导致镁合金的应用严重受限。石墨烯(graphene)是人类在自然界发现的第一种二维材料，其拉伸强度和杨氏模量分别为130gpa和1.0tpa以上。除此之外，石墨烯甚至还具有较高的弹性，最大可以承受25％的弯曲形变。因此将石墨烯引入镁中可能是开发兼具高模量及高塑性镁合金的一种新的策略。
2、镁或镁合金与石墨烯润湿性较差，石墨烯片层之间易产生强大的范德华力而团聚，现有技术比如cn109354012a、cn109207787a、cn109554573a、cn113278840a等提出过一些新型的石墨烯与镁或镁合金复合的方法，有效的解决了增强体的分散难题。但在这些现有技术中，石墨烯虽然可以提升镁合金的强度与模量，但同时也会显著的降低镁合金的塑性，仍无法突破如何开发兼具高模量及高塑性镁合金这一技术难题。此外，也有很多现有技术做出了许多尝试，比如采用构型化
3、综上，非常有必要提供一种兼具高模量和高塑性的镁合金及其制备方法。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本专利技术提供了一种兼具高模量和高塑性的镁合金及其制备方法。
2、本专利技术在第一方面提供了一种兼具高模量和高塑性的镁合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
3、(1)制备铸态含石墨烯的镁合金；
4、(2)将铸态含石墨烯的镁合金进行等通道挤压变形，得到等通道挤压态材料；所述等通道挤压变形的挤压速度为40～60mm/min，所述等通道挤压变形的温度为300～450℃；
5、(3)将等通道挤压态材料在100～200℃进行低温挤压变形，制得兼具高模量和高塑性的镁合金。
6、优选地，在步骤(2)中，进行8～20道次的等通道挤压变形，且在前4个道次中，进行等通道挤压变形的温度为380～450℃，在后续道次中，等通道挤压变形的温度递减，递减的速率为2～5℃/道次，在最后道次中，等通道挤压变形的温度为300～350℃。
7、优选地，所述等通道挤压变形为等通道径角挤压变形；所述等通道挤压变形采用通道弯曲夹角为80～120°、曲率夹角为30～40°的等通道挤压模具进行；和/或在进行所述等通道挤压变形之前，先将等通道挤压模具的温度预热至高于等通道挤压变形的温度20℃以上并保温0.5～1h。
8、优选地，所述低温挤压变形的挤压比(10～25)：1。
9、优选地，所述铸态含石墨烯的镁合金中含有石墨烯的质量分数为0.6～2％。
10、优选地，所述铸态含石墨烯的镁合金的制备包括如下子步骤：
11、(a)在机械搅拌作用下，将二氧化碳气体通入到650～700℃的镁基熔体中进行原位反应，得到合金熔体；
12、(b)往合金熔体中通入高能超声波促进石墨烯的分散，再经水冷凝固，得到铸态含石墨烯的镁合金。
13、优选地，所述镁基熔体为纯镁熔体、镁钙合金熔体、镁锰合金熔体、镁铋合金熔体中的一种或多种。
14、优选地，步骤(3)制得的兼具高模量和高塑性的镁合金的弹性模量不小于50gpa，延伸率为35～40％。
15、本专利技术在第二方面提供了由本专利技术在第一方面所述的制备方法制得的兼具高模量和高塑性的镁合金。
16、本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
17、(1)本专利技术方法制备出了一种兼具高模量与超高塑性的镁合金材料，该制备方法高效简洁、成本低廉，可应用于高性能超细晶镁合金材料的工业制备，解决了现有技术中镁合金材料存在的模量-塑性倒置的瓶颈问题。
18、(2)本专利技术通过原位自生法制备出高分散性的含石墨烯的镁合金材料，采用高温等通道挤压和低温挤压变形过程对镁合金材料显微组织进行控制，最终制备得到了高模量及超高塑性的石墨烯增强镁合金材料，高温等通道挤压为后续低温挤压过程提供了石墨烯均匀分散、界面结合良好、低织构强度及高位错密度的显微组织，低温挤压较好的弥合了前序工艺带来的缺陷，挤压态镁合金具有晶粒尺寸细小、石墨烯沿晶界分布的微观特征，最终制备的镁合金材料延伸率稳定在30～40％，优选为35～40％，相比于传统的镁合金材料在塑性方面实现了巨大的提升，并保持了高的模量。
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1.一种兼具高模量和高塑性的镁合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述铸态含石墨烯的镁合金的制备包括如下子步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：
9.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于：
10.由权利要求1至9中任一项所述的制备方法制得的兼具高模量和高塑性的镁合金。
【技术特征摘要】
1.一种兼具高模量和高塑性的镁合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓军，李牧原，李雪健，卢振，施海龙，徐超，胡小石，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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