【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有色金属材料及治金领域，具体涉及一种基于al元素合金化的mg-ga-al系合金及其制备方法。
技术介绍
1、镁(mg)及其合金是最轻的金属结构材料，具有低密度、高比强度、生物可降解等优点。但是，镁合金存在绝对强度不足、室温塑性普遍较差、合金化元素不丰富且价格普遍较贵、加工工艺与流程较复杂、合金综合成本较高等问题。为了解决上述制约镁合金广泛性运用最核心的强塑性匹配较差的问题，采用合金化手段调控镁合金的微观组织与性能是最常用手段之一。
2、镓(ga)与mg构成典型的共晶反应体系。在共晶温度，ga在mg中具有较高的极限固溶度，8.5wt.％；随温度的降低，ga在mg中的固溶度急剧下降，形成典型的可时效硬化体系，从而明显提升合金的力学性能。例如，现有文献1(liu h,qi g,ma y,etal.microstructure and mechanical property of mg-2.0ga alloys[j].materialsscience and engineering a,2009,526(1-2):7-10)通过375℃保温12h，水冷淬火，并在225℃时效1024h，制备了时效态的mg-2.0ga(wt.％)合金，峰时效态合金与未时效态合金相比获得了32％的硬度提升。该技术方案证实mg-ga二元合金具备时效硬化能力。但是该技术方案仅为二元合金，合金晶粒粗大、第二相类型单一，未能充分发挥晶界强化、固溶强化、应变强化等多种强化机制的作用，mg-2.0ga合金的绝对力学强度不高。
3、为
4、又如，现有文献3(cn201910413269.5高强度高耐蚀性生物医用mg-ga合金及其制备方法)通过固溶和时效处理，制备了mg-ga和mg-ga-zn合金，合金的屈服强度为60-100mpa，抗拉强度为170-320mpa，断裂延长率为10％-20％。该技术方案虽然证实添加zn元素可进一步提高mg-ga合金的力学性能，适用于生物医用领域，但是所获合金的绝对屈服强度较低(不高于100mpa)，不能很好满足结构材料的广泛工程化应用要求。该技术方案同样未涉及al在mg-ga合金中的合金化作用。
5、再如，现有文献4(cn201710875993.0一种具有阻燃性的mg-li-ga合金及其加工工艺)其特征在于按重量百分比计化学成分为：li：8-14％，ga：1-2％，sr：2-8％，nd：0.1-0.4％，gd：0.1-0.2％，yb：0.1-0.3％，b：0.1-0.2％，in：0.6-0.8％，余量为mg。该材料具有传统镁锂合金的力学性能，弹性模量为50-70gpa，屈服强度为90-120mpa，抗拉强度为90-120mpa，延伸率为6％-18％和高传热系数为110-120w/m.k。然而，该技术方案所获得mg-li-ga合金塑性低于20％，不能很好满足结构材料的广泛工程化应用要求。该技术方案同样未涉及al在mg-ga合金中的合金化作用。
6、还有，现有文献5(cn201811054711.1一种具有抗菌功能的生物医用可降解镁合金及其制备方法)其特征在于按重量百分比计化学成分为：ga：0.2-4％，cu：0.1-1％，余量为镁。该材料在提高力学性能的同时，也赋予材料优异的抗菌性能，具有良好的生物相容性。然而，该技术方案所获得的mg-ga-cu合金主要用于生物医院领域，没有对材料的断裂及塑性进行说明。该技术方案同样未涉及al在mg-ga合金中的合金化作用。
7、通过上述现有文献可知，现有文献由于各自的专利技术目的，选择了li、zn、ca、sr、si、zr、mn、稀土元素re、ag、cu、na、in、b进行添加，分别实现了相应的技术效果，但是，没有针对mg-ga合金的本征特性，如各元素间的交互作用机理(混合焓)、元素原子大小匹配问题，选择添加al元素，从而，无法综合利用晶界强化、固溶强化、时效强化及加工硬化，即也难以获得mg-ga合金强度与塑性的优化匹配，即强度和塑性的乘积高于6000；此外，现有文献所添加的合金元素，如li、ag、zr、re(稀土)、sr、sn等是al价格的数倍至数十倍，mg-ga-al合金相对更具成本优势。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于al微合金化的mg-ga-al镁合金及其制备方法。针对现有技术，本专利技术采用以下技术原理进行解决：通过合金化技术，在mg-ga系合金中掺杂al，提高mg-ga系合金的时效强化效果和力学性能，并综合降低材料的加工制本成本。其原因为，
2、首先，al元素的合金化作用技术与现有技术存在实质性的差别，具体体现在，形成合金的混合焓，本专利技术所涉及的al与ga的混合焓为正值，而现有技术中所涉及的添加元素，以背景文献所涉及的zn和li为例，ga与zn的混合焓为零，ga与li的混合焓为负，
3、上述混合焓的差异对合金化的影响为，当混合焓为正时，两种元素无强烈的化学反应作用，不倾向于生成金属间化合物，从而有利于多种强化相形成；此外，由于混合焓为正，两种元素在基体中倾向独立分布，在形成第二相时，由于元素相互排斥反应，在第二相界面有利于形成元素偏聚，通过界面偏聚的钉扎作用可细化第二相尺寸，上述两种作用都有利于提升时效硬化能力；
4、其次，al的原子半径介于ga和mg两者原子半径之间，加入al可以改善mg-ga体系固溶体中的局部应变场，产生较强的固溶强化能力；
5、再次，由于含zn的镁合金熔铸过程中容易产生热裂现象，而al的加入可以增加镁合金的流动性，从而减少热裂现象的发生；
6、此外，al是mg中价格最低的合金化元素之一，仅为li的价格的1/30，同时al是耐蚀性良好的合金化元素，少量加入al元素成本增加极低但可提升合金耐腐蚀性，
7、最后，al本身是mg中一种可时效强化元素，加入al可产生复合时效硬化效果。
8、实现本专利技术目的的具体技术方案是：
9、一种基于a本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于Al元素合金化的Mg-Ga-Al系合金，其特征在于：镁合金成分满足以下要求，Ga含量为3-8wt.％，Al含量为1-5wt.％，其余为Mg；经热挤压后合金晶粒尺寸为3-10μm，合金由α-Mg基体和富Ga/Al第二相组成，其中，富Ga/Al第二相为强化相。
2.根据权利要求1所述的Mg-Ga-Al系合金，其特征在于：所述Mg-Ga-Al系镁合金经热挤压后的屈服强度为160-200MPa，抗拉强度为260-300MPa，断裂延伸率为25％-30％。
3.一种基于Al元素合金化的Mg-Ga-Al系合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，元素含量为，Ga含量为3-8wt％，Al含量为1-5wt％，其余为Mg。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，均匀化热处理的条件为，加热温度为380-400℃，加热时间为4-8h。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3
8.一种基于Al元素合金化的Mg-Ga-Al系合金的固溶优化处理，其特征在于：采用两级固溶优化处理制度，第一级固溶优化和第二级固溶优化后立即水冷淬火，即可得到固溶优化处理后的Mg-Ga-Al系合金，命名为MgGaAl-f。
9.根据权利要求8所述的固溶优化方法，其特征在于：所述第一级固溶优化处理的制度为，固溶优化温度为380-420℃，固溶优化时间为12-20h；第二级固溶优化处理的制度为，固溶优化温度为440℃，固溶优化时间为2-6h；固溶优化冷却方式为水冷淬火。
10.根据权利要求8所述的固溶优化方法，其特征在于：所得MgGaAl-f的第二相占比小于0.1％；所得MgGaAl-f经时效强化处理后，在130h内达到时效峰值；与未时效态合金相比，峰值时效态合金的硬度提高45％-50％。
...【技术特征摘要】
1.一种基于al元素合金化的mg-ga-al系合金，其特征在于：镁合金成分满足以下要求，ga含量为3-8wt.％，al含量为1-5wt.％，其余为mg；经热挤压后合金晶粒尺寸为3-10μm，合金由α-mg基体和富ga/al第二相组成，其中，富ga/al第二相为强化相。
2.根据权利要求1所述的mg-ga-al系合金，其特征在于：所述mg-ga-al系镁合金经热挤压后的屈服强度为160-200mpa，抗拉强度为260-300mpa，断裂延伸率为25％-30％。
3.一种基于al元素合金化的mg-ga-al系合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，元素含量为，ga含量为3-8wt％，al含量为1-5wt％，其余为mg。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，均匀化热处理的条件为，加热温度为380-400℃，加热时间为4-8h。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，李慧哲，彭南禧，郝龙龙，张爱平，陈厚文，蒋斌，
申请(专利权)人：重庆市先进轻金属研究院，
类型：发明
国别省市：
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