专利名称：准晶增强快速凝固高强度变形镁合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种材料的制备，涉及一种高性能镁合金制备，特别涉及一种准晶增强快速凝固高强度变形镁合金的制备方法。
本发明的目的在于，提供一种准晶增强快速凝固高强度变形镁合金的制备方法。
实现上述发明目的的技术解决方案是准晶增强快速凝固高强度变形镁合金的制备方法，包括以下步骤1)选择Mg-Zn-Y合金系；2)用普通凝固方法制备镁合金锭，然后在真空或Ar气氛下用单辊二维片状流急冷快速凝固制备合金薄带；通过控制二维片状流喷嘴与急冷单辊之间的间隙，获得100μm～120μm的合金薄带。
3)在一定挤压温度(200℃～350℃)、挤压速度(0.01mm/s～0.3mm/s)和变形率(截面收缩率10∶1～20∶1)等工艺条件下，对镁合金薄带进行热挤压，获得镁合金型材；4)通过控制挤压温度、挤压速度、变形率等工艺参数以及随后的热处理工艺条件(热处理规范为随炉升温到300℃，保温2小时；出炉水淬到室温)，最后凝固区域纳米准晶通过脱溶的溶质元素进行长大，从而在型材中形成弥散分布的，一定体积分数的纳米或亚微米稳定准晶相，获得准晶增强快速凝固高强度变形镁合金；5)准晶化学表达式为Zn60Mg30Y10。
本发明所制备的准晶增强快速凝固高强度变形镁合金，具有以下效果1)准晶分数一般在5～8％左右，其它中间相分数10％左右；2)型材抗拉强度＞500MPa，密度＜2.0g/cm3，延伸率＞10％的镁合金型材(板材和棒材)。耐腐蚀性能优于AZ91D压铸合金。
图3是型材断口组织图片；图4是型材DTA分析结果图；图5是快速凝固薄带图片；图6是准晶增强快速凝固高强度变形镁合金型材图片。
1)首先选择Mg-Zn-Y合金系。
选择该合金系是基于以下原因(i)Mg-Zn系合金具有很好的室温机械性能，加入Y，可以同时提高室温和高温性能；(ii)该合金系可以获得Zn60Mg30Y10稳定准晶相；(iii)Zn和Y在Mg-Zn-Y合金系中溶解度极小，均为严重正偏析合金元素。一方面，利用快速凝固溶质截留效应，可以将Zn和Y截流到晶粒中，起到固溶强化；另一方面，快速凝固过程中一般合金熔体仅仅转变了30％，剩余的熔体被分割成微小的熔池，熔池的凝固过程接近于普通凝固。因此，由于溶质分凝，在最后凝固的区域可以形成微小的准晶相。然后，在快速凝固薄带热挤压过程中和随后热处理过程中，通过溶质元素部分脱溶并生长到准晶上，可以形成弥散分布的纳米或亚微米稳定准晶相；(iv)在该合金系中加入稀土元素可以促进晶粒细化和改善高温性能；(v)加入Zr可进一步细化晶粒。
2)用普通凝固制备镁合金锭，然后在真空或Ar气氛下用单辊二维片状流急冷快速凝固制备合金薄带。
3)通过控制二维片状流喷嘴与急冷单辊之间的间隙，获得100μm～120μm的。
4)在一定挤压温度(200℃～350℃)、挤压速度(0.01mm/s～0.3mm/s)和变形率(截面收缩率10∶1～20∶1)等工艺条件下对镁合金薄带进行热挤压，获得镁合金型材。
5)通过控制挤压温度、挤压速度、变形率等工艺参数以及随后的热处理工艺条件(热处理规范为随炉升温到300℃，保温2小时；出炉水淬到室温)，最后凝固区域纳米准晶通过脱溶的溶质元素进行长大，从而在型材中形成弥散分布的，一定体积分数的纳米或亚微米稳定准晶相，获得准晶增强快速凝固高强度变形镁合金。
6)准晶化学表达式为Zn60Mg30Y10。
准晶尤其是稳定准晶以其非凡结构和非凡性能被认为是具有潜在应用前景的另一类新材料，准晶结构和性能的研究取得了辉煌的成果。研究结果表明1.准晶具有很高的硬度(5-10GPa)、低的断裂韧性(1MPa m1/2)和超低的摩擦系数(0.05-0.5)；2.高的电阻率(700～1000μΩcm)、极低的热扩散率和导热系数及较低热膨胀系数；3.有同类合金系晶态材料相同的耐蚀性能。高硬度和低断裂韧性表明，准晶综合性能并非特别。
但是，作为韧性基体材料的强化相，准晶高硬度和超低摩擦系数成为突出的优点，对于应用于要求超高比强度、低摩擦系数条件下的材料具有广泛的应用前景。然而，就准晶的“成分-结构-稳定状态-性能”之间的关系，尤其是作为快速凝固高强度变形镁合金增强相的基础问题尚缺乏认识。材料制备过程中准晶增强镁合金成分、终态组织、性能的一些基础问题必须予以澄清。由此可见，设计并制备准晶增强低密度、超高比强度快速凝固高强度变形镁合金，研究成分-组织-性能，特别是准晶增强后材料的强化机制和高温性能不仅具有重要的理论意义，而且对于航空航天材料以及高速运转条件下工作的零件具有不可低估的应用前景。
权利要求
1.一种准晶增强快速凝固高强度变形镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤1)选择Mg-Zn-Y合金系；2)用普通凝固方法制备镁合金锭，然后在真空或Ar气氛下用单辊二维片状流急冷快速凝固制备合金薄带；通过控制二维片状流喷嘴与急冷单辊之间的间隙，获得100μm～120μm的合金薄带。3)在挤压温度200℃～350℃、挤压速度0.01mm/s～0.3mm/s和变形率/截面收缩率10∶1～20∶1工艺条件下，对镁合金薄带进行热挤压，获得镁合金型材；4)通过控制挤压温度、挤压速度、变形率等工艺参数以及随后的热处理工艺条件即热处理规范为随炉升温到300℃，保温2小时；出炉水淬到室温，最后凝固区域纳米准晶通过脱溶的溶质元素进行长大，从而在型材中形成弥散分布的，一定体积分数的纳米或亚微米稳定准晶相，获得准晶增强快速凝固高强度变形镁合金；5)准晶化学表达式为Zn60Mg30Y10。
全文摘要
本发明公开了一种准晶增强快速凝固高强度变形镁合金的制备方法，用二维片状流快速凝固制备Mg－Zn－Y－RE－Zr薄带，在计算晶体生长过冷度、速度、溶质分凝系数，分析薄带组织和相结构基础上，通过控制薄带厚度，调节快速凝固两个阶段(即快速凝固阶段和再辉后分散熔池的普通凝固阶段)熔体分数，可以控制准晶相的分数。热挤压将薄带制备成型材。通过控制挤压温度、挤压速度、变形率等工艺参数控制挤压过程中中间相分数和准晶相大小，达到“准晶增强快速凝固高强度变形镁合金”性能要求。本发明制备的镁合金型材强度大于500MPa、延伸率大于10％、密度小于2.0gcm
文档编号C22F1/06GK1478917SQ0313436
公开日2004年3月3日 申请日期2003年7月7日 优先权日2003年7月7日
发明者郭学锋, 张忠明 申请人:西安理工大学