一种lpso相层状复合镁合金材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种LPSO相层状复合镁合金材料的制备方法，属于金属间化合物领域。
【背景技术】
[0002]研宄表明，镁合金中的LPSO相具有丰富的结构形态，特殊构造和优异的性能，是金属材料领域目前最具前景的结构材料。实际生产中由于LPSO相的生长方向没有规律性，往往难以充分发挥其特殊的性能特点，本发明旨在使LPSO相沿单一方向排列，制备单向材料，使该材料在此方向上展现出优异的力学性能与电磁屏蔽性能，同时呈现耐磨、耐蚀、耐热和抗蠕变性能等优越的特性。通过此种材料制备设计，可以避免LPSO相杂乱无章的排列，获得在单一方向上的性能，因而在航空航天、汽车及通信方面具有广泛的应用前景。
[0003]专利“一种制备LPSO相增强的镁合金梯度材料的方法”公开了一种LPSO相的制备方法，但是此方法存在以下问题:由于是将材料直接切样后放入铁坩祸中进行定向凝固，在凝固过程中原子以自由扩散的方式进行自我沉积，导致密度较大的Zn，Y向底部扩散，致使底部的LPSO相含量高，中部和顶部的含量较少，LPSO相的分布不均匀；其次由于选择的Re~Zn的配方比例，导致LPSO相生长呈现随机性。本方明针对此问题提出:在进行直接定向凝固前，先在井室炉中熔融一次，控制其熔融温度，使元素得到充分的扩散，然后对熔融过的金属再进行定向凝固，得到的LPSO相在底，中，顶部就会均匀的存在，并通过定向凝固使LPSO相沿单一的方向生长。其次本方明针对Re~Zn的配比范围进行了说明，通过控制Re-Zn的比例，使得到的LPSO相成规律性的生长。
[0004]如何控制镁合金中LPSO相生长方向是制备该种材料的一个难点；制备单一方向LPSO相的镁合金材料国内外尚无其他详细报道。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是LPSO相生长方向的控制问题，并提供了一种制备LPSO相的镁合金材料。
[0006]本发明的目的在于提供一种LPSO (Long per1d stacking ordered)相层状复合镁合金材料的制备方法，具体包括以下步骤:
(1)以纯镁、纯锌、Mg-Y中间合金为原料，先将试样升温加热到730~740°C，保温1.5~2h，完全熔融后浇注到铁坩祸中，待其冷却至室温后，放入定向凝固炉中加热到400~425°C保温45~50min，然后继续升温加热，在加热到525~530°C时通入氩气，然后按照9-100C /min的速度升至700~725°C，待原材料完全熔化后静置1.5-2.5h ；
(2)熔体静置过后，先关闭底部电源，停止对试样底部的加热，并通入冷却水对试样底部进行冷却，试样顶部以1~2°C /min的冷却速度进行冷却，直至试样顶部温度冷却至400~425°C，然后关闭电源，自然冷却至室温，得到单一方向的LPSO相层状复合镁合金材料。
[0007]本发明所述纯镁、纯锌、Mg-Y中间合金中Mg、Y、Zn的原子比为:Mg: Y: Zn为(91-97):(2~6):(l~3)o
[0008]本发明所述Mg-Y中间合金为Mg_25%Y。
[0009]本发明的有益效果是:
(I)由于在定向凝固前先进行了一次金属的熔融，元素得到了均匀的扩散，使得形成的LPSO相能够均匀的存在。
[0010](2)制备出单一生长方向LPSO相的层状复合镁合金材料，LPSO相生长方向与热流方向平行，LPSO相的生长方向得到有效控制。
[0011](3)采用定向凝固中制备单一方向LPSO相的镁合金材料，可以通过调节原子比静置温度、时间以及冷却的速率来控制LPSO相在基体中所占百分比。
[0012](4)由于采用调节温度梯度的方式对LPSO相的生长方向进行调控，LPSO相在基体材料中生长方向是一定的，不需要其他设施辅助，并且能够在凝固过程中一次成型，操作简单、方便，所生产的材料质量稳定，可适用于工业上大批量生产。
[0013](5)由于LPSO相特殊的结构构造，具有优异的力学性能、耐腐蚀和一定的电磁屏蔽性；制备出均匀分布的单一方向LPSO相材料，可以进一步提高镁合金在通信航天等领域的使用范围。
【附图说明】
[0014]图1是本发明实施实例1LPS0相的形貌图；
图2是本发明实施实例中所述定向凝固炉的结构示意图。
[0015]图中:1_顶部电阻丝；2_底部电阻丝；3_保温层；4-坩祸；5_热电偶；6_水冷装置；7-保温层。
【具体实施方式】
[0016]以下通过具体的实施例对本发明的技术方案做详细的描述，应理解的是，这些实施例是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明做简单的改进，都属于本发明要求保护的范围。
[0017]本发明实施例1~3通过定向凝固炉进行实施，所述定向凝固炉为采用功率降低法原理制备的定向凝固炉，为常规装置，包括:顶部电阻丝1、底部电阻丝2、保温层3、坩祸4、热电偶5、水冷装置6、保温层7。
[0018]实施例1
本实施例所述合金的原子比为:Mg: Y: Zn=97:2:1，本实施例所用原料为纯Zn，Mg-25%Y，余量为纯镁，其纯度均在99.98以上。
[0019]制备单一方向LPSO相镁合金材料的熔炼、静置和凝固工艺为:
首先按照设计的合金成分，按原子比准备Mg、Zn、Mg-25%Y中间合金；将纯镁、纯锌、Mg-Y中间合金依次加入坩祸中，然后在井室炉中进行升温加热到740°C，保持2h，待完全熔融后浇到铁坩祸中，坩祸规格为Φ 30mmX 200mm，待其自然冷却到室温时，将坩祸放入到定向凝固炉中，加热425°C保温50min，并在加热到525°C时通入保护气体，保护气体为氩气。然后按照10°C /min的速度升至725°C，熔炼后熔体静置2小时。熔体静置过后，关闭下部电源，停止对坩祸底部加热，通入冷却水对坩祸底部进行冷却，加热炉顶部以1°C /min的冷却速度进行冷却，造成温度的单向冷却梯度，冷却过程中防止周围环境有任何的震动，直至坩祸顶部温度冷却至425°C时，关闭上部电源