【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料加工，具体涉及一种高强耐蚀镁合金棒材及其制备方法。
技术介绍
1、作为重要的轻质结构金属，镁合金在航空航天、交通运输、电子产品等领域具有广阔的应用前景。同时，镁合金作为功能金属，具有可生物降解特性，在生物医用领域也有重要的应用潜力。但是，镁合金目前的应用规模并不大，主要是因为其绝对强度不高、耐蚀性较差，这导致其在大载荷、腐蚀性环境中的应用受到限制。因此，有必要开发新型高强耐蚀镁合金，以促进其应用水平。
2、合金化及复合化是常用的金属材料强化手段，表面改性是有效的金属材料腐蚀防护技术，将合金化、复合化、表面改性相结合能够制备高强耐蚀的新型镁合金。在实际应用中，棒材是广泛使用的一类型材，其在机械制造领域可用于生产轴承、齿轮、螺钉等，在飞机、列车、汽车零部件领域可用于生产轮轴、转向杆、曲轴、连接杆等，在生物医用领域可用于生产骨钉、界面螺钉等。可见，高强耐蚀镁合金棒材具有巨大的使用需求。镁合金棒材常用的制备工艺主要有挤压法和铸造法两大类：(1)挤压法是将镁合金坯料在压力的作用下通过模具而成形为不同规格棒材的工艺，该工艺可使材料获得细小的晶粒组织，从而提高其力学性能；但挤压过程能耗大，模具制造和维护的成本高，晶粒细化程度有限。(2)铸造法是将镁合金熔体浇注到预先制备好的棒状模具中，随后冷却凝固形成不同规格棒材的工艺，该工艺简单、成本低，但存在材料晶粒粗大及组织不均匀的问题，对力学性能不利。综上所述，迫切需要开发新型镁合金棒材及相应的制备方法，以克服现有技术的局限性。
3、研究表明，对镁合金而言
4、因此，本专利技术提出一种高强耐蚀镁合金棒材及其制备方法，选用高纯粉末(mg、zn、mn、gd、y、gr)作为原材料，通过机械球磨获得不同成分的混合粉末，通过热等静压烧结制备镁合金挤压坯料，通过热挤压制备镁合金棒材(gr@mgznmngdy)，通过后热处理减小镁合金棒材的内应力并提高其力学性能，通过微弧氧化制备硅酸盐基陶瓷涂层(silicatecoatings)，最终获得高强耐蚀镁合金棒材(silicate coatings-gr@mgznmngdy)。
技术实现思路
1、本专利技术针对镁合金绝对强度不高、耐蚀性较差的问题，提出了一种高强耐蚀镁合金棒材及其制备方法。所述镁合金棒材以zn、mn、gd、y为合金化元素，以gr为复合化组元，以silicate coatings为表面涂层；所述制备方法包括机械球磨、热等静压烧结、热挤压、后热处理、微弧氧化。
2、镁合金棒材中各个组成部分的作用如下：(1)zn、mn、gd、y是镁合金中常用的合金化元素。zn可作为晶粒抑制剂，通过细化晶粒来改善材料的微观组织，从而提高其力学性能，同时固溶的zn还可提高镁合金的耐蚀性能；mn既可有效细化镁合金晶粒，又可净化镁合金熔体，提高镁合金的加工性能；gd和y作为稀土元素，能在镁基体中形成弥散强化相，并可细化晶粒，大幅提高镁合金力学性能，同时其可提高镁合金表面钝化膜的稳定性，从而改善其耐蚀性能。(2)gr是综合性能十分优异的单层二维蜂窝状晶格结构材料，以其作为复合化组元加入镁合金基体中，可显著提高其力学性能和耐蚀性能。(3)微弧氧化法制备的silicate coatings具有内层致密、外层多孔的特点，其内层可有效阻碍腐蚀介质与基体接触，从而提供较好的腐蚀防护效果，其外层的多孔结构可在一定程度上提高表面粗糙度并为细胞的粘附与迁移提供适宜的表面，有利于改善细胞相容性而促进镁合金棒材在生物医用领域的应用。
3、制备方法中各个工艺的作用如下：(1)机械球磨可使粉末原材料受到较大的机械剪切与碰撞作用而发生细化，有助于增加粉末的表面积而提高反应活性，该工艺同时还可清除粉末原材料表面吸附的杂质和污物，在一定程度上提高原料纯度，机械球磨后能够获得均匀混合的粉末，是后续制备工艺的基础。(2)热等静压烧结可制备相对致密且成分均匀、组织细小的挤压坯料，该坯料因具有一定的孔隙率而能够产生较大的宏观塑性变形，有利于进行后续热挤压。(3)热挤压可使挤压坯料发生明显塑性变形，获得不同规格的棒材，既能减小坯料的孔隙率，提高其致密度，又能细化晶粒，提高其强度和塑性。(4)后热处理可消除或减少棒材在挤压变形过程中所积累的内应力，并且在合适的温度和保温时间下，棒材内部会析出均匀细小、弥散分布的第二相，有助于进一步提高材料的力学性能。(5)微弧氧化是制备silicate coatings的常用工艺，该工艺具有成本低、操作简便、可控性好、可重复性高等优势，所制备的silicate coatings质量优异，能够明显改善棒材的腐蚀行为，从而提高其耐蚀性能。
4、本专利技术的技术方案为：
5、一种高强耐蚀镁合金棒材，所述镁合金棒材以zn、mn、gd、y为合金化元素，以gr为复合化组元，以silicate coatings为表面涂层；所述制备方法包括机械球磨、热等静压烧结、热挤压、后热处理、微弧氧化。
6、一种高强耐蚀镁合金棒材的制备方法，包括如下步骤：
7、第一步：机械球磨制备混合粉末
8、准备粉末原材料，高纯mg粉(99.99％)质量分数为95％～79％，高纯zn粉(99.99％)质量分数为1％～3％，高纯mn粉(99.98％)质量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强耐蚀镁合金棒材，其特征在于，所述镁合金棒材以锌(Zn)、锰(Mn)、钆(Gd)、钇(Y)为合金化元素，以石墨烯(Gr)为复合化组元，以硅酸盐基陶瓷涂层(SilicateCoatings)为表面涂层；所述镁合金棒材的平均晶粒尺寸为25.5～20.2μm，表面涂层的厚度为15.7～18.2μm、附着力为5B级；所述镁合金棒材的抗拉强度为405～445MPa，自腐蚀电位为-1.24～-0.86V/SCE，自腐蚀电流密度为5.2×10-8～7.4×10-9A/cm2，相比耐蚀性能较好的ZK60镁合金棒材，其强度提高了14.4％～25.7％，自腐蚀电位增大了16.8％～42.3％，自腐蚀电流密度下降了80.8～567.6倍。
2.如权利要求1所述的一种高强耐蚀镁合金棒材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的一种高强耐蚀镁合金棒材的制备方法，其特征在于，所述第一步中，高纯Mg粉(99.99％)质量分数为91％～83％，高纯Zn粉(99.99％)质量分数为1.5％～2.5％，高纯Mn粉(99.98％)质量分数为1.5％～2.5％，高纯
4.如权利要求2所述的一种高强耐蚀镁合金棒材的制备方法，其特征在于，所述第二步中，烧结温度为350～450℃，烧结压强为70～90MPa，烧结时间为1.5～2.5h，烧结完成后控制温度以40～60℃/min的速率下降。
5.如权利要求2所述的一种高强耐蚀镁合金棒材的制备方法，其特征在于，所述第三步中，热挤压前预热到340～400℃，保温1～2h，挤压温度为320～380℃，挤压速度为1.5～2.5mm/s，挤压道次为4～8次。
6.如权利要求2所述的一种高强耐蚀镁合金棒材的制备方法，其特征在于，所述第四步中，首先在380～420℃温度下保温8～10h，随后在180～200℃温度下保温10～12h。
7.如权利要求2所述的一种高强耐蚀镁合金棒材的制备方法，其特征在于，所述第五步中，KOH浓度为10～12g/L，Na2SiO3浓度为14～16g/L，电压为400～450V，处理时间为8～12min，频率为600～1000Hz，脉冲个数为50～60，占空比为35％～45％。
8.如权利要求1所述的一种高强耐蚀镁合金棒材，其特征在于，可应用于航空航天、交通运输、电子产品、生物医用等领域。
...【技术特征摘要】
1.一种高强耐蚀镁合金棒材，其特征在于，所述镁合金棒材以锌(zn)、锰(mn)、钆(gd)、钇(y)为合金化元素，以石墨烯(gr)为复合化组元，以硅酸盐基陶瓷涂层(silicatecoatings)为表面涂层；所述镁合金棒材的平均晶粒尺寸为25.5～20.2μm，表面涂层的厚度为15.7～18.2μm、附着力为5b级；所述镁合金棒材的抗拉强度为405～445mpa，自腐蚀电位为-1.24～-0.86v/sce，自腐蚀电流密度为5.2×10-8～7.4×10-9a/cm2，相比耐蚀性能较好的zk60镁合金棒材，其强度提高了14.4％～25.7％，自腐蚀电位增大了16.8％～42.3％，自腐蚀电流密度下降了80.8～567.6倍。
2.如权利要求1所述的一种高强耐蚀镁合金棒材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的一种高强耐蚀镁合金棒材的制备方法，其特征在于，所述第一步中，高纯mg粉(99.99％)质量分数为91％～83％，高纯zn粉(99.99％)质量分数为1.5％～2.5％，高纯mn粉(99.98％)质量分数为1.5％～2.5％，高纯gd粉(99.90％)质量分数为2％～4％，高纯y粉(99.99％)质量分数为2％～4％，高纯gr粉(99.99％)质量分数为2％～4％，不锈钢球直径为30～50mm，不...
【专利技术属性】
技术研发人员：李卫荣，刘芳菲，李艳芳，李荣慧，庞栋，段瑜，许秀丽，郑洋，佟赫，罗天骄，马政，
申请(专利权)人：东莞宜安科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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