一種長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鎂合金半固態(tài)漿料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】的長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鎂合金半固態(tài)漿料及其制備方法。該系半固態(tài)漿料成分組成為：86.7%鎂、2.2%鎳、5.8%釓、5.3%釹。該半固態(tài)漿料制備是按照所需的元素組成配比將Mg、Ni、Gd和Nd混合在氬氣保護(hù)下熔煉，獲得Mg-Ni-Gd-Nd母合金鑄錠；將母合金錠放入不銹鋼坩堝中，重新加熱并保溫，之后將坩堝置于脈沖磁場(chǎng)中凝固，最后獲得Mg-Ni-Gd-Nd半固態(tài)漿料。該半固態(tài)漿料屬于高強(qiáng)度高韌性鎂合金，適用于制備形狀復(fù)雜的零件；制備方法過(guò)程容易控制，成分控制比較好，無(wú)成分污染等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鎂合金半固態(tài)漿料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】的合金半固態(tài)漿料及其制備方法，具體涉及一 種長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鎂合金半固態(tài)漿料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金是目前實(shí)際工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小，比強(qiáng)度、比剛度 高，鑄造、減震、切削加工性?xún)?yōu)良以及尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，使其在實(shí)現(xiàn)輕量化、降低能源消 耗、減少環(huán)境污染等方面具有顯著作用，在汽車(chē)、國(guó)防軍工、航空航天、電子、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng) 域以及家庭用品和運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域正得到日益廣泛應(yīng)用。然而，在鎂合金研究與應(yīng)用中存 在的強(qiáng)韌性低、塑性差等基礎(chǔ)性問(wèn)題，尋找有效的強(qiáng)化手段是研究開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度鎂合金的關(guān) 鍵基礎(chǔ)問(wèn)題。對(duì)鎂合金進(jìn)行成分設(shè)計(jì)，引入有效的強(qiáng)化相是開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度鎂合金的重要手段。 近十幾年，一種新的長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的鎂合金吸引了人們的注意。采用快速凝固粉末冶金 方法制備的長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的Mg-Y-Zn鎂合金，室溫拉伸屈服強(qiáng)度最高達(dá)610 MPa，而延 伸率也超過(guò)5% ;423K時(shí)，屈服強(qiáng)度也達(dá)到510 MPa，這是目前制備的強(qiáng)度最高的鎂合金。隨 著研究不斷深入，研究者普遍認(rèn)為長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的鎂合金可成為新一代高強(qiáng)度高韌性鎂 合金。
[0003] 河村能人的發(fā)明專(zhuān)利"高強(qiáng)度高韌性鎂合金及其制備方法"（CN 10145417 B，2011 年5月25日）提出Mg-Ni-RE鎂合金為長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，并提出正 對(duì)該鎂合金的兩類(lèi)材料加工方法，一類(lèi)是快速凝固，另一類(lèi)是塑性加工方法。然而，這兩類(lèi) 材料加工方法都無(wú)法獲得形狀復(fù)雜，體積較大的產(chǎn)品。近來(lái)，一種新的材料加工技術(shù)得到人 們的重視，該技術(shù)稱(chēng)為半固態(tài)成形技術(shù)。半固態(tài)成形技術(shù)的基本原理在于：采用一定方法 獲得具有非樹(shù)枝晶狀組織的半固態(tài)漿（坯）料，并通過(guò)加壓的方式，使其在不同形狀的 型腔內(nèi)凝固成形。該方法可以獲得形狀復(fù)雜，且體積較大的產(chǎn)品，同時(shí)可減少了其成形零件 中的鑄造缺陷，提高了零件的力學(xué)性能，是一種近凈成形技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)少、無(wú)余量加工。 因此，將半固態(tài)成形技術(shù)應(yīng)用于長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鎂合金的加工，可進(jìn)一步擴(kuò)展高強(qiáng)度高韌 性鎂合金的應(yīng)用范圍，滿足航空航天對(duì)材料日益苛刻的要求。
[0004] 半固態(tài)加工技術(shù)的關(guān)鍵是如何制得的理想半固態(tài)金屬漿料。也就是說(shuō)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周 期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鎂合金的半固態(tài)加工的關(guān)鍵，也就是制備長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鎂合金的半固態(tài)漿 料。經(jīng)文獻(xiàn)查詢(xún)，目前尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)Mg-Ni-RE鎂合金的半固態(tài)漿料研究的 報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有研究的不足，提供一種長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)Mg-Ni-Gd-Nd 鎂合金半固態(tài)漿料及其制備方法，解決半固態(tài)形成技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題--半固態(tài)漿料的制備， 為高強(qiáng)度高韌性鎂合金的半固態(tài)成形提供技術(shù)支持。
[0006] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 本發(fā)明所涉及的半固態(tài)漿料，是一種長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的Mg-Ni-Gd-Nd合金半固態(tài)漿 料，該漿料包含下列組分(按重量百分比）：86. 7 %鎂、2. 2 %鎳、5. 8 %釓、5. 3 %釹。
[0007] 本發(fā)明所涉及的鎂合金半固態(tài)漿料的制備方法，包括以下步驟： (1)、按照合金成分86. 7 %鎂、2. 2 %鎳、5. 8 %釓、5. 3 %釹，準(zhǔn)備鎂、鎳以及稀土釓和釹 原料；上述鎂、鎳、釓、釹原料均為純度在99. 9%以上。
[0008] (2)、將第（1)步的原料放入石墨坩堝中，采用高頻感應(yīng)加熱爐熔煉，高頻感應(yīng)加 熱電流由150安培逐漸增加至400安培，實(shí)現(xiàn)對(duì)原料的緩慢加熱，直至熔化，得到母合金 錠。
[0009] 所述熔煉，其過(guò)程維持在45分鐘：前5分鐘電流為150安培，之后10分鐘電 流為250安培，最后30分鐘電流為400安培。
[0010] 所述熔煉以及熔化在密封腔室中進(jìn)行，使用石墨坩堝，氣氛為純度大于99. 99%的 純氬氣氛，氣氛壓力為1個(gè)大氣壓。
[0011] (3)、將第（2)步得到的母合金錠放入不銹鋼坩堝中，在電阻爐中重新加熱至 600°C，并保溫20分鐘。
[0012] 所述加熱過(guò)程在氬氣保護(hù)下進(jìn)行，氣氛為氬純度大于99. 99%的純氬氣氛。
[0013] (4)、將第（3)步重新加熱后并裝有母合金的不銹鋼坩堝置于脈沖磁場(chǎng)中，合金在 脈沖磁場(chǎng)作用下凝固制得鎂合金半固態(tài)漿料。
[0014] 所述脈沖磁場(chǎng)的強(qiáng)度由電壓控制，所用電壓為350 V ;脈沖磁場(chǎng)的頻率為20赫 茲；脈沖磁場(chǎng)作用時(shí)間為5分鐘。
[0015] 本發(fā)明提供的鎂合金半固態(tài)漿料是長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的鎂合金半固態(tài)漿料，屬于高 強(qiáng)度高韌性鎂合金；本發(fā)明提供的半固態(tài)漿料制備方法，過(guò)程容易控制，成分控制比較好， 無(wú)成分污染，適合采用半固態(tài)成形技術(shù)制備形狀復(fù)雜的零件。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是實(shí)施例的XRD衍射譜； 圖2是實(shí)施例的金相組織圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前 提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程。
[0018] 實(shí)施例：Mg-Gd-Nd-Ni鎂合金半固態(tài)漿料，該漿料包含下列組分（按重量百分比）： 86. 7 % 鎂、2. 2 % 鎳、5. 8 % 釓、5. 3 % 釹。
[0019] 第一步，按照合金成分86. 7 %鎂、2. 2 %鎳、5. 8 %釓、5. 3 %釹，準(zhǔn)備鎂、鎳以及稀 土釓和釹原料，所用鎂、鎳、釓、釹原料均為純度在99. 9%以上，鎳、釓、釹為小顆粒狀，尺寸 小于1mm 〇
[0020] 第二步，將第一步的原料放入石墨坩堝中，采用高頻感應(yīng)加熱爐熔煉，前5分鐘 電流為150安培，之后10分鐘電流為250安培，最后30分鐘電流為400安培，由此 實(shí)現(xiàn)對(duì)原料的緩慢加熱，直至熔化，得到母合金錠。
[0021] 第三步，將上述母合金錠放入不銹鋼坩堝中，在電阻爐中重新加熱至600°C，并保 溫20分鐘。
[0022] 第四步，將第三步重新加熱后裝有母合金的不銹鋼坩堝置于脈沖磁場(chǎng)中，脈沖磁 場(chǎng)電壓為350 V，頻率為20赫茲，作用時(shí)間為5分鐘，合金在脈沖磁場(chǎng)作用下凝固，制得 鎂合金半固態(tài)漿料。
[0023] 由圖1實(shí)施例的XRD衍射譜可知，實(shí)施例由a-Mg相和長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)相X相組成，也 就是說(shuō)是由長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的鎂合金。由圖2顯示半固態(tài)漿料由白色的a-Mg相和灰色的 長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)相組成。
【權(quán)利要求】
1. 一種長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鎂合金半固態(tài)漿料，該半固態(tài)漿料為Mg-Ni-Gd-Nd合金，其成 分組成為86. 7 %鎂、2. 2 %鎳、5. 8 %釓、5. 3 %釹。
2. -種長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鎂合金半固態(tài)漿料的制備方法，包括如下步驟： 第一步、按照合金成分86. 7 %鎂、2. 2 %鎳、5. 8 %釓、5. 3 %釹，準(zhǔn)備鎂、鎳以及稀土釓 和釹原料； 第二步、將第一步的原料放入石墨坩堝中，采用高頻感應(yīng)加熱爐熔煉，高頻感應(yīng)加熱電 流由150安培逐漸增加至400安培，實(shí)現(xiàn)對(duì)原料的緩慢加熱，直至熔化，得到母合金錠； 第三步、將第三步得到的母合金錠放入不銹鋼坩堝中，在電阻爐中重新加熱至600°C， 并保溫20分鐘； 第四步、將第三步重新加熱后并裝有母合金的不銹鋼坩堝置于脈沖磁場(chǎng)中，合金在脈 沖磁場(chǎng)作用下凝固制得鎂合金半固態(tài)漿料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鎂合金半固態(tài)漿料的制備方法，第一步中， 所述鎂、鎳、釓、釹原料均為純度在99. 9%以上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鎂合金半固態(tài)漿料的制備方法，第二步中， 所述熔煉過(guò)程時(shí)間為45分鐘：前5分鐘電流為150安培，之后10分鐘電流為250安 培，最后30分鐘電流為400安培。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鎂合金半固態(tài)漿料的制備方法，第二步中， 所述熔煉以及熔化在密封腔室中進(jìn)行，使用石墨坩堝，氣氛為純度大于99. 99%的純氬氣 氛，氣氛壓力為1個(gè)大氣壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鎂合金半固態(tài)漿料的制備方法，第三步中， 所述加熱過(guò)程在氬氣保護(hù)下進(jìn)行，氣氛為氬純度大于99. 99%的純氬氣氛，氣氛壓力為1 個(gè)大氣壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鎂合金半固態(tài)漿料的制備方法，第三步中， 所用坩堝為不銹鋼坩堝，所述保溫溫度為600°C，保溫時(shí)間為20分鐘。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鎂合金半固態(tài)漿料的制備方法，第四步中， 所述凝固過(guò)程在脈沖磁場(chǎng)下進(jìn)行，所述脈沖磁場(chǎng)的強(qiáng)度由電壓控制，所用電壓為350 V;脈 沖磁場(chǎng)的頻率為20赫茲；脈沖磁場(chǎng)作用時(shí)間為5分鐘。
【文檔編號(hào)】C22C23/06GK104152775SQ201410413936
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】尹健, 馬修軍, 袁柯, 戴斌煜 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)