本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种煤基固体废弃物增强准晶相增强的镁合金的方法及应用。
背景技术：
镁合金具有低密度、高比强度、良好的电磁屏蔽性能和易于回收等一系列优点，使其成为一种广受欢迎的轻质结构材料。但镁为密排六方结构，在二次加工过程中易形成微裂纹等缺陷，这将限制镁合金作为结构材料的广泛使用。准晶相具有表面能低、与镁基体结合较好、变形能力较优异等特性，但准晶相增强的镁合金室温强度较低。此外，外加颗粒也是一种常用的提高金属材料性能的方法。常用的外加颗粒有碳化硅颗粒、二硼化钛以及碳化钛等。粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废弃物，随着电力工业的发展，以粉煤灰为主的煤基固体废弃物也成为我国主要的固体废渣之一，而向镁合金中添加煤基废弃物作为增强相的则未见有相关研究。
另一方面，镁合金在铸造的过程中易于形成气孔、疏松和缩孔等缺陷，因此，工业应用中通常需要对镁合金进行二次变形来消除这些缺陷。其中热挤压是一种常用的热加工方法。研究表明挤压工艺参数对镁合金的显微组织和力学性能具有显著影响，传统的镁合金挤压工艺通常难以实现细晶镁合金的制备。
技术实现要素：
本发明为解决现有准晶相增强的镁合金室温下强度较低的技术问题，将固体废渣煤基固体废弃物应用于增强准晶相增强的镁合金，提供一种煤基固体废弃物增强准晶相增强的镁合金的方法及应用。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
煤基固体废弃物用于增强准晶相增强的镁合金的应用。
所述煤基固体废弃物的颗粒尺寸为5~10μm。
所述准晶相增强的镁合金的材料配比为质量分数为3.5%zn、0.5%y和96%mg。
一种煤基固体废弃物增强准晶相增强的镁合金的方法，包括以下步骤：
第一步，煤基固体废弃物的加入；首先将筛选好的煤基固体废弃物分若干次加入到提前制备好的准晶相增强的镁合金熔体中，每次加入后均首先进行机械搅拌，然后在镁合金熔体降温的过程中进行超声波振动，最后一次加入煤基固体废弃物进行机械搅拌和超声波振动以后，将加入有煤基固体废弃物的准晶相增强的镁合金升温50℃，保温30min以后倒入预热好的浇铸模具中，得到铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金；
第二步，恒温超低速挤压；将第一步得到铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金置于挤压模具中进行恒温超低速挤压，挤压温度为240~280℃，挤压速度为0.005~0.015mm/s；经挤压后得到细晶煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金。
制备方法中每次加入煤基固体废弃物颗粒均施加机械搅拌和超声振动，使煤基固体废弃物颗粒均匀分散；煤基固体废弃物颗粒加入时快速放热导致熔体迅速升温后单纯机械搅拌分散不均匀，在镁合金熔体降温的过程中辅以超声振动有效解决了煤基固体废弃物颗粒在加入时单纯机械搅拌分散不均匀的问题。并且通过恒温超低速挤压进一步细化了镁合金晶粒，使镁合金具有良好的综合力学性能。
上述方法第一步中，添加的煤基固体废弃物的颗粒尺寸为5~10μm。
第一步中，所述提前制备好的准晶相增强的镁合金的材料配比为质量分数为3.5%zn、0.5%y和96%mg。
第一步中机械搅拌速率为500~1200rpm，第一步中所得到铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金含煤基固体废弃物的质量分数为2~5%。
第一步中，镁合金处于熔体状态超声振动的时间为15~25min，处于凝固过程中超声振动的时间为5~10min。
第二步中，铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金在挤压模具中加热时间为30~45min，挤压温度为250℃，挤压速率为0.01mm/s。
第一步所得的铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金经100倍光学显微观察，煤基固体废弃物颗粒分散较好。
经过第二步恒温超低速挤压后进行扫描组织观察镁合金基体更加均一，煤基固体废弃物颗粒尺寸约为5μm，微观上颗粒分布十分均匀。
第二步最终制备的细晶煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金相对于第一步制得的铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金，其抗拉强度和延伸率均有较大的提高。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明首先将煤基固体废弃物颗粒分若干次添加到准晶相增强的镁合金熔体中，每次加入均施加机械搅拌并辅助超声振动，使煤基固体废弃物颗粒均匀分散，煤基固体废弃物颗粒加入时快速放热导致熔体迅速升温后单纯机械搅拌分散不均匀，在镁合金熔体降温的过程中辅以超声振动有效解决了煤基固体废弃物颗粒在加入时单纯机械搅拌分散不均匀的问题。并且通过恒温超低速挤压进一步细化了镁合金晶粒，使镁合金具有良好的综合力学性能。
附图说明
图1为实例1第一步所得的含煤基固体废弃物的质量分数为2%的铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金的100倍光学显微组织。
图2为实例2第一步所得的含煤基固体废弃物的质量分数为5%的铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金的100倍光学显微组织。
图3为实例1第二步经过恒温超低速挤压后的含质量分数为2%的细晶煤基固体废弃物+准晶相混杂增强镁合金沿挤压方向的扫描组织图片。
图4为实例2第二步经过恒温超低速挤压后的含质量分数为5%的细晶煤基固体废弃物+准晶相混杂增强镁合金沿挤压方向的扫描组织图片。
图5为实例1第一步至第二步加入煤基固体废弃物后的镁合金进行性能测试得到的工程应力-工程应变曲线图，图中“●”表示第一步制备的加入煤基固体废弃物的铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强镁合金的工程应变-工程应力曲线图，图中“■”表示第二步制备的经恒温超低速挤压的镁合金的工程应变-工程应力曲线图。
图6为实例2第一步至第二步加入煤基固体废弃物后的镁合金进行性能测试得到的工程应力-工程应变曲线图，图中“●”表示第一步加入煤基固体废弃物的铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强镁合金的工程应变-工程应力曲线图，图中“■”表示第二步制备的经恒温超低速挤压的镁合金的工程应变-工程应力曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实例中加入的煤基固体废弃物颗粒所制得的细晶煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金中含煤基固体废弃物的质量分数为2%，准晶相的镁合金的材料配比为质量分数3.5%zn、0.5%y和96%mg。
第一步，煤基固体废弃物的加入：首先将镁合金放进石墨坩埚中，后将石墨坩埚放入电阻炉中，升温融化，同时通入保护气，用以防止镁在高温下氧化或燃烧。等到镁合金全部融化时，加入称量好的锌粒，保温30min，然后加入称量好的镁钇中间合金，保温30min。然后将电阻炉的温度调节至镁合金的半固态温度区间，待炉内温度稳定至半固态温度时，立即扒渣，并将加热好的搅拌桨放入指定位置，进行机械搅拌，搅拌速率为1200rpm；待熔体中形成涡流后，加入预热好的煤基固体废弃物颗粒10g，机械搅拌2min，搅拌过程中，煤基固体废弃物颗粒与镁合金发生化学反应放热，熔体变稀，此时降低电阻炉设定温度，同时，进行超声振动，超声振动频率为20khz、处理时间为15min；超声处理完成后，重新将电阻炉调节至半固态温度，温度稳定后继续加入10g煤基固体废弃物颗粒，如此重复进行多次机械搅拌加超声辅助，最后一次加入煤基固体废弃物颗粒进行机械搅拌2min后，升温50℃，超声振动10min后，倒入预热好（250℃）的浇铸模具中进行浇铸得到铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金。
第二步，恒温超低速挤压：将含煤基固体废弃物的质量分数2%的铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金切成尺寸为φ40×50mm的试样，放入250℃的电阻炉中保温30min，然后将其放入预热温度为250℃的模具中进行挤压，用0.01mm/s的挤压速度挤压成型。
本发明第一步所得的含煤基固体废弃物的质量分数2%的铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金的100倍光学显微组织如图1所示，根据图1可看出煤基固体废弃物颗粒分散较好；图3为经过第二步恒温超低速挤压后的扫描组织图片，根据图3可以看出镁合金基体更加均一，煤基固体废弃物颗粒尺寸约为5μm，微观上颗粒分布十分均匀。
在室温下对本实例每一步得到的产物进行性能测试，得到工程应力-工程应变曲线图，如图5所示，通过图5可知本实例第一步制备的含煤基固体废弃物的质量分数为2%的铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金的抗拉强度为111mpa，延伸率为3.0%；通过图5可知本实例第二步最终制备含煤基固体废弃物的质量分数为2%的细晶煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金的抗拉强度为264mpa，延伸率为8.2%。
实例2：
本实例中加入的煤基固体废弃物颗粒所制得的细晶煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金中含煤基固体废弃物的质量分数为5%，准晶相的镁合金的材料配比为质量分数3.5%zn、0.5%y和96%mg。
第一步，煤基固体废弃物的加入：首先将镁合金放进石墨坩埚中，后将石墨坩埚放入电阻炉中，升温融化，同时通入保护气，用以防止镁在高温下氧化或燃烧。等到镁合金全部融化时，加入称量好的锌粒，保温30min，然后加入称量好的镁钇中间合金，保温30min。然后将电阻炉的温度调节至镁合金的半固态温度区间，待炉内温度稳定至半固态温度时，立即扒渣，并将加热好的搅拌桨放入指定位置，进行机械搅拌，搅拌速率为1200rpm；待熔体中形成涡流后，加入预热好的煤基固体废弃物颗粒10g，机械搅拌2min，搅拌过程中，煤基固体废弃物颗粒与镁合金发生化学反应放热，熔体变稀，此时降低电阻炉设定温度，同时，进行超声振动，超声振动频率为20khz、处理时间为15min；超声处理完成后，重新将电阻炉调节至半固态温度，温度稳定后继续加入10g煤基固体废弃物颗粒，如此重复进行多次机械搅拌加超声辅助，最后一次加入煤基固体废弃物颗粒进行机械搅拌2min后，升温50℃，超声振动10min后，倒入预热好（250℃）的浇铸模具中进行浇铸得到铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金。
第二步，恒温超低速挤压：将将含煤基固体废弃物的质量分数5%的铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金切成尺寸为φ40×50mm的试样，放入250℃的电阻炉中保温30min，然后将其放入预热温度为250℃的模具中进行挤压，用0.01mm/s的挤压速度挤压成型。
本发明所得的含煤基固体废弃物的质量分数5%的铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金的100倍光学显微组织如图2所示，根据图2可看出煤基固体废弃物颗粒分散较好；图4为经过第二步低温慢速挤压成型后的扫描组织图片，根据图4可以看出镁合金基体更加均一，煤基固体废弃物颗粒尺寸约为5μm，微观上颗粒分布十分均匀。
在室温下对本实例2每一步得到的产物进行性能测试，得到工程应力-工程应变曲线图，如图6所示，通过图6可知本实例第一步制备的含煤基固体废弃物的质量分数为5%的铸态煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金的抗拉强度为82mpa，延伸率为1.5%；通过图6可知本实例第二步最终制备的含煤基固体废弃物的质量分数为5%的细晶煤基固体废弃物+准晶相混杂增强的镁合金抗拉强度为261mpa，延伸率为5.8%。