一种高Si含量细晶AZ80镁合金的制备方法与流程

本发明属于冶金技术领域，具体地说，涉及一种高si含量细晶az80镁合金的制备方法。

背景技术

镁合金及其复合材料因比强度高、密度低、比模量高等优点成为目前重要的工业轻质金属结构材料，在汽车、航空航天、电子产品等领域有着巨大的应用潜力。但由于其强度低、高温性能差、塑性变形能力差及耐腐蚀性差，限制了其应用。针对如何提高镁合金的力学性能，科研人员进行了大量的研究，其中通过添加si元素增强合金力学性能成为一个重要方向。

科研人员通过采取热挤压、快速凝固、机械合金化等手段来细化合金的组织，在合金中原位生成mg2si相的方法来改善mg-si合金的性能，取得了一定的效果。lu等(compositesscience&technology,2003,63(5):627-632.)认为mg2si颗粒增强的镁基复合材料的力学性能的提高是由于mg2si在基体中的形成并在基体中弥散强化引起的。但存在的共同问题是合成的mg-si合金中容易形成粗大的mg2si相，合金的塑性和强度性能都很差。

现有技术中，存在以下问题：第一，通过热挤压、机械合金及熔炼等方法合成的含si镁合金，晶粒长大较严重，从而降低了合金的综合力学性能；第二，通过热挤压、机械合金及熔炼等方法合成的含si镁合金，mg2si相分布不均匀，从而使合金的力学性能各向异向性更加明显；第三，以往的镁合金si元素添加工艺复杂，成本高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种高si含量细晶az80镁合金的制备方法，。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种高si含量细晶az80镁合金的制备方法，包括以下步骤：

将镁合金az80切割成块状，超声清洗后烘干，在镁合金az80块的正方形表面上钻出圆孔，在圆孔中填入硅粉；放入坩锅中通入氩气隔绝空气，利用感应式融炼炉进行融炼并利用氩气搅拌，直至温度到达一定程度保温，然后使镁合金熔液通过流道流入双气流惰性气体雾化设备，雾化后水冷，制备az80-si合金粉末；

将制备得到的高si含量细晶az80镁合金粉末进行筛分，然后加热并挤压成φ9.0x7.0mm圆柱状，挤压完成后空冷却至室温，并进行研磨成圆柱状合金试样；

反向挤压：将模具放入加热炉中加热，将圆柱状合金试样放入涂有bn润滑剂的反向挤压模具中，施加预压力，保温一段时间后开始挤压合金试样，挤压完成后将挤制后试样浸入水中冷却至室温。

可选地，每块镁合金az80块的尺寸为100.0×100.0×50.0mm；圆孔的个数为50个，尺寸为φ9.0x18.0mm；每个圆孔中填入的硅粉重量为193.7g，硅粉的平均粒径为30～50μm。

可选地，保温温度为940℃-950℃，保温时间为40-50分钟。

可选地，使用的惰性气体为2.5mpa-3.5mpa的氩气。

可选地，筛分后粉末颗粒直径范围为62-74μm。

可选地，az80-si合金粉末的挤压温度为240-260℃，挤压压力为240mpa-260mpa，保压时间为4-6min。

可选地，研磨采用p600研磨砂进行研磨。

可选地，模具加热后的温度为300℃-400℃；预压力为9mpa-11mpa，挤压的保温时间为2-4分钟，应变速率为0.1s^-1。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

1)本发明中制备的高si含量镁合金晶粒细小，有利于提高合金的力学性能；

2)本发明中制备的高si含量镁合金mg2si相分布均匀，力学性能各向异向性不明显；

3)本发明中合金制备方法工艺简单，成本低。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例1高si含量细晶az80镁合金的显微组织；

图2是本发明实施例2高si含量细晶az80镁合金的显微组织；

图3是本发明实施例3高si含量细晶az80镁合金的显微组织；

图4是本发明对比例1az80合金的显微组织；

图5是本发明对比例2az80合金的显微组织；

图6是本发明对比例3az80合金的显微组织。

具体实施方式

以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明公开了一种高si含量细晶az80镁合金的制备方法，包括以下步骤：

将az80切割成100.0×100.0×50.0mm的块状，超声清洗后烘干，在合金的正方形表面上钻出50个φ9.0x18.0mm的圆孔，在圆孔中填入193.7g平均粒径30～50μm的硅粉。放入坩锅中通入氩气隔绝空气，利用感应式融炼炉进行融炼并利用氩气搅拌，直至温度到达940℃-950℃保温40-50分钟，若温度过低或保温时间过短，材料融熔不彻底，若温度过高或保温时间过长，浪费能源。然后使镁合金熔液通过流道流入双气流惰性气体雾化设备，雾化后水冷，使用的惰性气体为2.5mpa-3.5mpa的氩气，气压过高雾化的金属颗粒过小，气压过低雾化的金属颗粒过大，均不利于筛选出颗粒直径范围为62-74μm的颗粒，制备得到az80-si合金粉末，即为高si含量细晶az80镁合金粉末，该az80-si合金粉末的si含量为4％；

将雾化制备的az80-si粉末进行筛分，筛分后粉末颗粒直径范围为62-74μm。然后将az80-si合金粉末加热并挤压成φ9.0x7.0mm圆柱状，挤压温度为240-260℃，挤压压力为240mpa-260mpa，保压时间为4分钟-6分钟，若挤压压力过低或挤压时间过短，粉末颗粒间接合不牢固，若挤压压力过高或挤压时间过长，则效率低，无实际意义；挤压完成后空冷却至室温，并用p600研磨砂研磨圆柱形试样。

反向挤压：将模具放入加热炉中加热，至300℃-400℃后，将圆柱状合金试样放入涂有bn润滑剂的反向挤压模具中，施加预压力9mpa-11mpa，保温2-4分钟后开始以0.1s^-1的应变速率挤压合金试样，挤压完成后将挤制后试样浸入水中冷却至室温。

实施例1

将az80切割成100.0×100.0×50.0mm的块状，超声清洗后烘干，在合金的正方形表面上钻出50个φ9.0x18.0mm的圆孔，在圆孔中填入1.6kg平均粒径30～50μm的硅粉。放入坩锅中通入氩气隔绝空气，利用感应式融炼炉进行融炼并利用氩气搅拌，直至温度到达950℃保温45分钟，然后使镁合金熔液通过流道流入双气流惰性气体雾化设备，雾化后水冷，使用的惰性气体为3mpa的氩气；制备得到az80-si合金粉末；

将雾化制备的az80-si合金粉末进行筛分，筛分后粉末颗粒直径范围为62-74μm。然后将az80-si合金粉末加热并挤压成φ9.0x7.0mm圆柱状，挤压温度为250℃，挤压压力为250mpa，保压时间为5min，挤压完成后空冷却至室温，并用p600研磨砂研磨圆柱形试样。

反向挤压：将模具放入加热炉中加热，至300℃后，将圆柱状合金试样放入涂有bn润滑剂的反向挤压模具中，施加预压力10mpa，保温3分钟后开始以0.1s^-1的应变速率挤压合金试样，挤压完成后将挤制后试样浸入水中冷却至室温。

棒状试样显微组织如图1所示，晶粒直径为1～2μm。晶粒直径为1～2μm。棒状试样在0.001s^-1应变速率及室温下进行拉伸，拉伸屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为464±1mpa、522±2mpa和8±1％。

实施例2

将az80切割成100.0×100.0×50.0mm的块状，超声清洗后烘干，在合金的正方形表面上钻出50个φ9.0x18.0mm的圆孔，在圆孔中填入193.7g平均粒径30～50μm的硅粉。放入坩锅中通入氩气隔绝空气，利用感应式融炼炉进行融炼并利用氩气搅拌，直至温度到达940℃保温40分钟，然后使镁合金熔液通过流道流入双气流惰性气体雾化设备，雾化后水冷，使用的惰性气体为2.5mpa的氩气；制备得到az80-si合金粉末；

将雾化制备的粉末进行筛分，筛分后粉末颗粒直径范围为62-74μm。然后将az80-si合金粉末加热并挤压成φ9.0x7.0mm圆柱状，挤压温度为240℃，挤压压力为240mpa，保压时间为6分钟，挤压完成后空冷却至室温，并用p600研磨砂研磨圆柱形试样。

反向挤压：将模具放入加热炉中加热，至300℃后，将圆柱状合金试样放入涂有bn润滑剂的反向挤压模具中，施加预压力9mpa，保温4分钟后开始以0.1s^-1的应变速率挤压合金试样，挤压完成后将挤制后试样浸入水中冷却至室温。

棒状试样显微组织如图2所示，晶粒直径为1～2μm。棒状试样在0.001s^-1应变速率及室温下进行拉伸，拉伸屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为420±2mpa、451±9mpa和13±2％。

实施例3

将az80切割成100.0×100.0×50.0mm的块状，超声清洗后烘干，在合金的正方形表面上钻出50个φ9.0x18.0mm的圆孔，在圆孔中填入193.7g平均粒径30～50μm的硅粉。放入坩锅中通入氩气隔绝空气，利用感应式融炼炉进行融炼并利用氩气搅拌，直至温度到达950℃保温50分钟，然后使镁合金熔液通过流道流入双气流惰性气体雾化设备，雾化后水冷，使用的惰性气体为3.5mpa的氩气；制备得到az80-si合金粉末。

将雾化制备的az80-si合金粉末进行筛分，筛分后粉末颗粒直径范围为62-74μm。然后将az80-si合金粉末加热并挤压成φ9.0x7.0mm圆柱状，挤压温度为260℃，挤压压力为260mpa，保压时间为4分钟，挤压完成后空冷却至室温，并用p600研磨砂研磨圆柱形试样。

反向挤压：将模具放入加热炉中加热，至400℃后，将圆柱状合金试样放入涂有bn润滑剂的反向挤压模具中，施加预压力11mpa，保温2分钟后开始以0.1s^-1的应变速率挤压合金试样，挤压完成后将挤制后试样浸入水中冷却至室温。

棒状试样显微组织如图3所示，晶粒直径为1～2μm。棒状试样在0.001s^-1应变速率及室温下进行拉伸，拉伸屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为425±4mpa、432±3mpa和10±0.2％。

对比例1

将az80切割成100.0×100.0×50.0mm的块状，超声清洗后烘干。放入坩锅中通入氩气隔绝空气，利用感应式融炼炉进行融炼并利用氩气搅拌，直至温度到达950℃保温45分钟，然后使镁合金熔液通过流道流入双气流惰性气体雾化设备，雾化后水冷，制备az80合金粉末，使用的惰性气体为3mpa的氩气；

将雾化制备的az80合金粉末进行筛分，筛分后粉末颗粒直径范围为62-74μm。然后将az80合金粉末加热并挤压成φ9.0x7.0mm圆柱状，挤压温度为250℃，挤压压力为250mpa，保压时间为5min，挤压完成后空冷却至室温，并用p600研磨砂研磨圆柱形试样。

反向挤压：将模具放入加热炉中加热，至300℃后，将圆柱状合金试样放入涂有bn润滑剂的反向挤压模具中，施加预压力10mpa，保温3分钟后开始以0.1s^-1的应变速率挤压合金试样，挤压完成后将挤制后试样浸入水中冷却至室温。

棒状试样显微组织如图4所示，晶粒直径为1～2μm。棒状试样在0.001s^-1应变速率及室温下进行拉伸，拉伸屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为354±1mpa、432±2mpa和6±1％。

对比例2

将az80切割成100.0×100.0×50.0mm的块状，超声清洗后烘干。放入坩锅中通入氩气隔绝空气，利用感应式融炼炉进行融炼并利用氩气搅拌，直至温度到达940℃保温40分钟，然后使镁合金熔液通过流道流入双气流惰性气体雾化设备，雾化后水冷，制备az80合金粉末，使用的惰性气体为2.5mpa的氩气；

将雾化制备的az80合金粉末进行筛分，筛分后粉末颗粒直径范围为62-74μm。然后将az80合金粉末加热并挤压成φ9.0x7.0mm圆柱状，挤压温度为240℃，挤压压力为240mpa，保压时间为6分钟，挤压完成后空冷却至室温，并用p600研磨砂研磨圆柱形试样。

反向挤压：将模具放入加热炉中加热，至300℃后，将圆柱状合金试样放入涂有bn润滑剂的反向挤压模具中，施加预压力9mpa，保温4分钟后开始以0.1s^-1的应变速率挤压合金试样，挤压完成后将挤制后试样浸入水中冷却至室温。

棒状试样显微组织如图5所示，晶粒直径为2～3μm。棒状试样在0.001s^-1应变速率及室温下进行拉伸，拉伸屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为310±2mpa、341±9mpa和11±2％。

对比例3

将az80切割成100.0×100.0×50.0mm的块状，超声清洗后烘干。放入坩锅中通入氩气隔绝空气，利用感应式融炼炉进行融炼并利用氩气搅拌，直至温度到达950℃保温50分钟，然后使镁合金熔液通过流道流入双气流惰性气体雾化设备，雾化后水冷，制备az80合金粉末，使用的惰性气体为3.5mpa的氩气；

将雾化制备az80合金粉末进行筛分，筛分后粉末颗粒直径范围为62-74μm。然后将az80合金粉末加热并挤压成φ9.0x7.0mm圆柱状，挤压温度为260℃，挤压压力为260mpa，保压时间为4分钟钟，挤压完成后空冷却至室温，并用p600研磨砂研磨圆柱形试样。

反向挤压：将模具放入加热炉中加热，至400℃后，将圆柱状合金试样放入涂有bn润滑剂的反向挤压模具中，施加预压力11mpa，保温2分钟后开始以0.1s^-1的应变速率挤压合金试样，挤压完成后将挤制后试样浸入水中冷却至室温。

棒状试样显微组织如图6所示，晶粒直径为3～4μm。棒状试样在0.001s^-1应变速率及室温下进行拉伸，拉伸屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为313±4mpa、321±3mpa和12±0.2％。

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。