一种提高镁合金疲劳性能的方法与流程

本发明属于镁合金技术领域，具体的为一种提高镁合金疲劳性能的方法。

背景技术：

作为典型的轻量化材料，镁合金具有低密度、高强度、高刚性的特点，在汽车、航空航天、电子、医药等领域具有广阔的应用前景，市场前景宽广。基于镁合金广阔的市场应用前景，近年来，关于如何提高镁合金疲劳性能以更好地适应各种使用工况已成为当前镁合金材料的研究热点和重点。

目前，提高镁合金疲劳性能的方法以稀土元素添加、热处理、预变形、喷丸强化等方法为主，这类方法主要侧重于镁合金内部或表面的晶粒细化，以提高镁合金的疲劳性能，对于实际工况中腐蚀性介质的影响效果不大，不能阻止实际工况中腐蚀性介质对镁合金表面的腐蚀。对于实际工况来说，上述方法尽管可以在一定程度上提高镁合金的疲劳性能，但对于实际工况有腐蚀性介质存在的情况，如含湿量较大时空气中的co2、酸雨、水性环境中的cl^-等，上述方法对镁合金疲劳性能的提高程度有限。

针对镁合金的抗腐蚀性，有研究利用高炉钛渣的物性稳定性，提出采用纳米级高炉钛渣作为润滑油添加剂，对材料表面的缺陷或不平整处进行修复，形成相应的自修复膜以提高镁合金表面的抗腐蚀性。该方法成本较低，同时形成的修复膜具有抗腐蚀的效果，但该方法仅利用纳米级高炉钛渣在镁合金表面的吸附形成修复膜，修复膜与镁合金表面的结合程度不够，当承受疲劳载荷(交变载荷重复作用)时，修复膜容易脱落形成薄弱环节，导致疲劳性能下降。

综上所述，针对镁合金疲劳性能的提高，如何找到行之有效同时简便易行、成本较低的工艺技术方法，以提高镁合金实际工况下的疲劳性能，尤其是实际工况有腐蚀性介质存在的情况，对于镁合金材料的推广应用意义极大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高镁合金疲劳性能的方法，能够有效提高材料的抗腐蚀性、耐磨性和疲劳性能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提高镁合金疲劳性能的方法，利用疲劳试验机在室温环境下对镁合金样品采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载；

预加载完成后，将镁合金样品置于含有纳米级高炉钛渣作添加剂的润滑油中进行浸泡处理，浸泡2-4小时后取出；

对镁合金样品表面除油后，对镁合金样品表面进行喷丸强化处理。

进一步，所述镁合金样品的表面粗糙度为0.2-0.8。

进一步，所述润滑油的酸值小于等于0.1mgkoh/g。

进一步，所述润滑油为半合成润滑油或全合成润滑油。

进一步，所述纳米级高炉钛渣的粒度为10-50nm。

进一步，纳米级高炉钛渣的含量为润滑油质量的0.5％-1％。

进一步，纳米级高炉钛渣中，tio2的质量含量为15％～25％，sio2的质量含量为15％～20％，al2o3的质量含量为10％～15％。

进一步，喷丸强化工序中采用的喷丸弹丸为陶瓷丸；陶瓷丸的直径为0.6-0.85mm，喷丸速度为10-30m/s，喷丸振动器的振动频率为30-50hz，喷丸时间为10-20分钟，喷嘴到试样表面的距离为50-100mm，喷丸的喷射角度为90度，为垂直喷射。

进一步，采用疲劳试验机对镁合金样品进行预加载时的拉-压循环应力载荷中的最大应力为屈服极限的10％-20％，应力比为0，预加载的循环次数为5000-10000周次。

本发明的有益效果在于：

本发明提高镁合金疲劳性能的方法，采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载，可以细化晶粒、提高疲劳强度；将采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载后的镁合金样品置于含有纳米级高炉钛渣作添加剂的润滑油中进行浸泡处理，然后再采用喷丸强化的方法对镁合金样品的表面进行处理，利用喷丸强化在样品表面产生的瞬时高温大大增加纳米级高炉钛渣在样品表面的吸附能力，并使纳米级高炉钛渣处于熔化或半熔状态，进而与材料表面形成极为紧密细致的修复膜，相对于单纯利用纳米级高炉钛渣在材料表面的吸附形成的修复膜而言，采用本发明形成的修复膜与样品的表面连接紧密，不易脱落，抗磨性更强，可以适应多种工况下的疲劳载荷作用；另外，利用喷丸强化的方法对样品表面进行处理，可在纳米级高炉钛渣修复膜下面形成带残余压应力的镁合金纳米层，可以有效地提高材料的疲劳性能和抗磨性能。本发明方法工艺简单易行，且用以表面修复的纳米级高炉钛渣的原料属于固废物回收，成本较低，整体的技术、经济优势十分明显。

本发明的其他技术效果如下：

(1)高炉钛渣为钒钛磁铁矿高炉冶炼后产生的炉渣，矿相复杂，主要矿相为钙钛矿、攀钛透辉石、富钛透辉石和镁铝尖晶石，化学性质稳定，不溶于一般的酸碱。在本发明中，利用纳米级高炉钛渣形成的修复膜，相较纳米铜、纳米tio2等材料来说更为稳定，耐腐蚀性更强，能够有效地增强实际工况有腐蚀性介质存在时镁合金材料的疲劳性能，同时成本优势明显。

(2)拉-压循环应力载荷的应力比为0(即最小应力为0，每次循环完全卸载)，可避免预加载过程中的失稳以及每次循环过程中残余应力造成的材料损伤。另外，经循环应力载荷预加载后，镁合金材料表面的缺陷或不平整处暴露的更为充分，此时再将镁合金材料置于含有纳米级高炉钛渣作添加剂的润滑油中进行浸泡处理，纳米级高炉钛渣在材料表面的缺陷或不平整处的吸附将更为充分，有利于后续纳米级高炉钛渣修复膜的形成。

(3)喷丸强化可在镁合金表面形成带纳米级高炉钛渣修复膜的纳米层，利用高炉钛渣的物性稳定性和纳米层中的残余压应力，有效地提高材料的抗腐蚀性、耐磨性和疲劳性能。同时，本发明还可细化晶粒以进一步提高材料的疲劳强度。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明提高镁合金疲劳性能的方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，为本发明提高镁合金疲劳性能的方法的工艺流程图。本实施例提高镁合金疲劳性能的方法为：

利用疲劳试验机在室温环境下对镁合金样品采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载。具体的，镁合金样品的表面粗糙度为0.2-0.8。采用疲劳试验机对镁合金样品进行预加载时的拉-压循环应力载荷中的最大应力为屈服极限的10％-20％，应力比为0，预加载的循环次数为5000-10000周次。拉-压循环应力载荷的应力比为0(即最小应力为0，每次循环完全卸载)，可避免预加载过程中的失稳以及每次循环过程中残余应力造成的材料损伤。另外，经循环应力载荷预加载后，镁合金材料表面的缺陷或不平整处暴露的更为充分，此时再将镁合金材料置于含有纳米级高炉钛渣作添加剂的润滑油中进行浸泡处理，纳米级高炉钛渣在材料表面的缺陷或不平整处的吸附将更为充分，有利于后续纳米级高炉钛渣修复膜的形成。

预加载完成后，将镁合金样品置于含有纳米级高炉钛渣作添加剂的润滑油中进行浸泡处理，浸泡2-4小时后取出。具体的，润滑油为半合成润滑油或全合成润滑油，且润滑油的酸值小于等于0.1mgkoh/g。纳米级高炉钛渣的粒度为10-50nm，纳米级高炉钛渣的含量为润滑油质量的0.5％-1％，纳米级高炉钛渣中，tio2的质量含量为15％～25％，sio2的质量含量为15％～20％，al2o3的质量含量为10％～15％。高炉钛渣为钒钛磁铁矿高炉冶炼后产生的炉渣，矿相复杂，主要矿相为钙钛矿、攀钛透辉石、富钛透辉石和镁铝尖晶石，化学性质稳定，不溶于一般的酸碱。在本发明中，利用纳米级高炉钛渣形成的修复膜，相较纳米铜、纳米tio2等材料来说更为稳定，耐腐蚀性更强，能够有效地增强实际工况有腐蚀性介质存在时镁合金材料的疲劳性能，同时成本优势明显。

对镁合金样品表面除油后，对镁合金样品表面进行喷丸强化处理。具体的，喷丸强化工序中采用的喷丸弹丸为陶瓷丸；陶瓷丸的直径为0.6-0.85mm，喷丸速度为10-30m/s，喷丸振动器的振动频率为30-50hz，喷丸时间为10-20分钟，喷嘴到试样表面的距离为50-100mm，喷丸的喷射角度为90度，为垂直喷射。喷丸强化可在镁合金表面形成带纳米级高炉钛渣修复膜的纳米层，利用高炉钛渣的物性稳定性和纳米层中的残余压应力，有效地提高材料的抗腐蚀性、耐磨性和疲劳性能。同时，本发明还可细化晶粒以进一步提高材料的疲劳强度。

本实施例提高镁合金疲劳性能的方法，采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载，可以细化晶粒、提高疲劳强度；将采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载后的镁合金样品置于含有纳米级高炉钛渣作添加剂的润滑油中进行浸泡处理，然后再采用喷丸强化的方法对镁合金样品的表面进行处理，利用喷丸强化在样品表面产生的瞬时高温大大增加纳米级高炉钛渣在样品表面的吸附能力，并使纳米级高炉钛渣处于熔化或半熔状态，进而与材料表面形成极为紧密细致的修复膜，相对于单纯利用纳米级高炉钛渣在材料表面的吸附形成的修复膜而言，采用本实施例形成的修复膜与样品的表面连接紧密，不易脱落，抗磨性更强，可以适应多种工况下的疲劳载荷作用；另外，利用喷丸强化的方法对样品表面进行处理，可在纳米级高炉钛渣修复膜下面形成带残余压应力的镁合金纳米层，可以有效地提高材料的疲劳性能和抗磨性能。本实施例方法工艺简单易行，且用以表面修复的纳米级高炉钛渣的原料属于固废物回收，成本较低，整体的技术、经济优势十分明显。

下面结合具体实例对本发明的具体实施方式进行详细说明。

实施例1

本实施例提高镁合金疲劳性能的方法为：

利用疲劳试验机在室温环境下对镁合金样品采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载。具体的，镁合金样品的表面粗糙度为0.2。采用疲劳试验机对镁合金样品进行预加载时的拉-压循环应力载荷中的最大应力为屈服极限的10％，应力比为0，预加载的循环次数为10000周次。

预加载完成后，将镁合金样品置于含有纳米级高炉钛渣作添加剂的润滑油中进行浸泡处理，浸泡2小时后取出。具体的，润滑油为半合成润滑油或全合成润滑油，且润滑油的酸值为0.03mgkoh/g。纳米级高炉钛渣的粒度为10nm，纳米级高炉钛渣的含量为润滑油质量的0.5％，纳米级高炉钛渣中，tio2的质量含量为15％，sio2的质量含量为15％，al2o3的质量含量为10％。

对镁合金样品表面除油后，对镁合金样品表面进行喷丸强化处理。具体的，喷丸强化工序中采用的喷丸弹丸为陶瓷丸；陶瓷丸的直径为0.6mm，喷丸速度为10m/s，喷丸振动器的振动频率为30hz，喷丸时间为10分钟，喷嘴到试样表面的距离为50mm，喷丸的喷射角度为90度，为垂直喷射。

实施例2

本实施例提高镁合金疲劳性能的方法为：

利用疲劳试验机在室温环境下对镁合金样品采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载。具体的，镁合金样品的表面粗糙度为0.6。采用疲劳试验机对镁合金样品进行预加载时的拉-压循环应力载荷中的最大应力为屈服极限的15％，应力比为0，预加载的循环次数为7500周次。

预加载完成后，将镁合金样品置于含有纳米级高炉钛渣作添加剂的润滑油中进行浸泡处理，浸泡2小时后取出。具体的，润滑油为半合成润滑油或全合成润滑油，且润滑油的酸值为0.05mgkoh/g。纳米级高炉钛渣的粒度为30nm，纳米级高炉钛渣的含量为润滑油质量的0.75％，纳米级高炉钛渣中，tio2的质量含量为20％，sio2的质量含量为17.5％，al2o3的质量含量为12.5％。

对镁合金样品表面除油后，对镁合金样品表面进行喷丸强化处理。具体的，喷丸强化工序中采用的喷丸弹丸为陶瓷丸；陶瓷丸的直径为0.75mm，喷丸速度为20m/s，喷丸振动器的振动频率为40hz，喷丸时间为15分钟，喷嘴到试样表面的距离为75mm，喷丸的喷射角度为90度，为垂直喷射。

实施例3

本实施例提高镁合金疲劳性能的方法为：

利用疲劳试验机在室温环境下对镁合金样品采用低于屈服极限的拉-压循环应力载荷进行预加载。具体的，镁合金样品的表面粗糙度为0.8。采用疲劳试验机对镁合金样品进行预加载时的拉-压循环应力载荷中的最大应力为屈服极限的20％，应力比为0，预加载的循环次数为5000周次。

预加载完成后，将镁合金样品置于含有纳米级高炉钛渣作添加剂的润滑油中进行浸泡处理，浸泡2小时后取出。具体的，润滑油为半合成润滑油或全合成润滑油，且润滑油的酸值为0.1mgkoh/g。纳米级高炉钛渣的粒度为50nm，纳米级高炉钛渣的含量为润滑油质量的1％，纳米级高炉钛渣中，tio2的质量含量为25％，sio2的质量含量为20％，al2o3的质量含量为15％。

对镁合金样品表面除油后，对镁合金样品表面进行喷丸强化处理。具体的，喷丸强化工序中采用的喷丸弹丸为陶瓷丸；陶瓷丸的直径为0.85mm，喷丸速度为30m/s，喷丸振动器的振动频率为50hz，喷丸时间为20分钟，喷嘴到试样表面的距离为100mm，喷丸的喷射角度为90度，为垂直喷射。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。