一种制备弥散增强相轻质Mg-Ti固溶体的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于镁合金基体增强技术领域，特别涉及一种具有相似晶体结构弥散相增强基体材料结构和性能的方法。
【背景技术】
[0002]镁及镁合金材料具有质量轻、比强度高、易于回收利用等优点，在航空、航天、汽车制造、生物医学等领域都有着广泛的应用前景和发展空间。然后，镁及镁合金材料具有较差的高温力学性能，这一缺点使其难以满足在温度相对较高的环境下使用，这也在一定程度上限制了其应用的领域，热稳定性差一直制约着镁及镁合金材料的发展与应用。
[0003]各国学者和研究人员进行了各种相关的试验研究来改进镁及镁合金材料的高温性能，例如，在镁及镁合金基体中加入稀有金属的方法来提高高温力学性能，采用这种方法的主要原因是稀土元素具有特殊的核外电子排布规律，这种特点可以使得稀土元素在镁及镁合金材料基体中形成弥散的强化相，弥散的强化相可以有效地提高其高温力学性能。虽然采用稀有元素可以提高镁及镁合金材料的高温力学性能，但由于稀土元素的价格十分昂贵，生产成本高，难以大规模的推广和生产，这在一定程度上限制了稀土增强镁及镁合金材料的应用和推广。
[0004]因而，目前急需研究和开发出一种新型的弥散增强相来提高镁及镁合金材料的高温力学性能。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于针对现有技术中采用稀土元素来弥散增强镁及镁合金材料过程中所存在的问题，提供一种利用相似晶体结构弥散相来增强镁及镁合金材料基体结构和性能的方法。
[0006]为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案:
一种制备弥散增强相轻质Mg-Ti固溶体的方法，包括以下步骤:
51、将纳米纯镁粉末和纳米纯钛粉末按体积比进行配比制得混合材料；
52、将上述混合材料和不锈钢磨球按质量比配比，密封进球磨罐内；
53、将上述装有混合材料的球磨罐抽真空，充入惰性气体；
54、将步骤S3中的球磨罐放入高能球磨机上进行球磨，得到弥散增强相轻质Mg-Ti固溶体。
[0007]上述步骤SI中的纳米纯镁粉末的平均晶粒尺寸为150_200nm，纳米纯钛粉末的平均晶粒尺寸为40_60nm。
[0008]上述步骤SI中纳米纯镁粉末和纳米纯钛粉末的体积比为10:1-15:1。
[0009]上述步骤S2中的混合材料和不锈钢磨球的质量比为1:50-1:80。
[0010]上述步骤S2中球磨罐的直径为20cm，所述球墨罐内的不锈钢磨球的数量为2个，所述2个不锈钢磨球的直径分别为I Ocm和5cm。不同直径的不锈钢磨球能够使得球磨罐内的混合原料得到充分的研磨。
[0011]上述步骤S3中惰性气体为99%以上的纯度，抽取真空次数为2-3次，避免球磨罐内存有其他气体，防止球磨罐内的混合材料在研磨过程中产生的高温下被氧化。
[0012]上述步骤S3中的惰性气体优选为氦气。
[0013]上述步骤S4中的球磨机转速为200-250转/分，球磨时间为50_60h，每球磨30分钟，球磨机停止工作5分钟。
[0014]上述纳米纯镁粉末的平均晶粒尺寸优选为150nm，所述纳米纯钛粉末的平均晶粒尺寸优选为40nm，所述纳米纯镁粉末和纳米纯钛粉末的体积比优选为10:1，所述混合材料和不锈钢磨球的质量比优选为1:50，所述球磨机转速优选为200h，球磨时间优选为50h。
[0015]经过上述加工制备过程中，利用高能球磨机提供的能量可以有效地克服Mg-Ti固溶体激活能，使得Ti原子进入到镁的晶格中去，形成弥散的Mg-Ti固溶体。
[0016]本发明采用Ti作为弥散增强相的原因:
(1)、与稀土元素以及其他合金元素相比，Ti元素都具有比强度高、熔点高的特点，而且Ti元素与Mg元素一样，都具有密排六方晶体结构，这种晶体结构的一致性使得Ti与Mg有良好的界面结合；
⑵、Ti元素与稀土元素相比，其相对密度比较低，稀土元素比重大，而采用稀土元素作为增强相使得镁及镁合金材料质量轻的优势不复存在；
(3)、同时在固相时，Mg相中几乎不溶解任何的Ti元素，而且在现有的文献中也没有发现Mg-Ti间的金属间化合物的存在，这个特点也使得Ti元素可以在镁及镁合金材料中形成稳定的弥散增强相，有利于提高镁及镁合金材料高温力学性能。
[0017]本发明的有益之处在于:本发明公布的一种制备弥散增强相轻质Mg-Ti固溶体的方法，制备方法简单，生产成本低，成品具有优异的高温力学性能，有效地解决了常规铸造方法难以生产Mg-Ti固溶体的困境，Mg与Ti元素本身密度比较小，Ti元素仅为4.54g/cm3，形成的Mg-Ti固溶体充分发挥镁合金材料质量轻的优势;Ti与Mg都具有的密排六方晶体结构，使得Ti与Mg有良好的结合界面，Ti元素以弥散的方式进入到镁的晶格中去，有效地提高了固溶体的各项性能。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的一种制备弥散增强相轻质Mg-Ti固溶体的方法实施例1的制备过程中的Mg-T i固溶体的XRD图谱。
[0019]图2为本发明的一种制备弥散增强相轻质Mg-Ti固溶体的方法实施例1的Mg-Ti固溶体的晶格变化规律图。
[0020]图3为本发明的一种制备弥散增强相轻质Mg-Ti固溶体的方法实施例1的Mg-Ti固溶体的电镜图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0022]本发明所使用的纳米纯镁粉末和纳米纯钛粉末为市场购买。
[0023]实施例1:
一种制备弥散增强相轻质Mg-Ti固溶体的方法，包括以下步骤:(1)将平均晶粒尺寸为150nm的纳米纯镁粉末和平均晶粒尺寸为40nm的纳米纯钛粉末以10:1的体积比进行配比；(2 )将上述混合材料密封在直径为20cm的球磨罐内，其中罐内存在2个直径为1cm和20cm的不锈钢磨球，混合材料与不锈钢磨球的质量比为1:50; (3)上述装有混合材料的球磨罐抽真空3次，充入纯度为99%以上的氦气保护；(4)将球磨罐放入行星式高能球磨机上，球磨机转速为200转/分，球磨时间为50h，每球磨30分钟，球磨机停止工作5分钟，防止球磨罐内温度过尚。
[0024]经过上述加工制备过程中，利用高能球磨机提供的能量可以有效地克服Mg-Ti固溶体激活能，使得Ti原子进入到镁的晶格中去，形成弥散的Mg-Ti固溶体。
[0025]实施例2:
一种制备弥散增强相轻质Mg-Ti固溶体的方法，包括以下步骤:(I)将平均晶粒尺寸为200nm的纳米纯镁粉末和平均晶粒尺寸为60nm的纳米纯钛粉末以15:1的体积比进行配比；
(2)将上述混合材料密封在直径为20cm的球磨罐内，其中罐内存在直径为1cm和20cm两种不同的不锈钢磨球，混合材料与不锈钢磨球的质量比为1:80; (3)上述装有混合材料的球磨罐抽真空2次，充入纯度为99%以上的氦气保护；(4)将球磨罐放入行星式高能球磨机上，球磨机转速为250转/分，球磨时间为60h，每球磨30分钟，球磨机停止工作5分钟，防止球磨罐内温度过高。
[0026]经过上述加工制备过程中，利用高能球磨机提供的能量可以有效地克服Mg-Ti固溶体激活能，使得Ti原子进入到镁的晶格中去，形成弥散的Mg-Ti固溶体。
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