本發(fā)明涉及一種摻雜二硼化鈦的耐磨鎂合金的制備方法，屬有色金屬合金增強(qiáng)制備及應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鎂及鎂合金是最輕的有色金屬結(jié)構(gòu)材料，可在機(jī)械、電子、航空、醫(yī)學(xué)、日用工業(yè)中應(yīng)用，具有高的比強(qiáng)度、比模量，具有優(yōu)良的加工性能；但是鎂及鎂合金強(qiáng)度低、硬度低、耐高溫性能差、耐磨損性能差，使鎂及鎂合金的應(yīng)用受到了很大的局限；故必須對鎂及鎂合金的力學(xué)性能及耐摩擦性能進(jìn)行改進(jìn)，才能擴(kuò)展鎂及鎂合金的應(yīng)用范圍。

鎂及鎂合金的增強(qiáng)增韌方法有多種形式，例如摻雜金屬法、軋制法、等通道擠壓法，但這些方法仍存在技術(shù)上的不足，很難達(dá)到高精尖產(chǎn)品的使用要求。

合金復(fù)合化是提高鎂合金耐磨性的有效方法，在合金復(fù)合化的同時對其變形工藝進(jìn)行優(yōu)化是提高鎂合金力學(xué)性能及耐磨性的有效途徑，這一技術(shù)還在科學(xué)研究中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)的不足，以鎂合金為原料，摻雜二硼化鈦，經(jīng)熔煉、鑄造成錠、加壓凝固、固溶處理、熱擠壓，制成耐磨鎂合金，以增強(qiáng)鎂合金的韌性及耐磨性能。

技術(shù)方案

本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)材料為：鎂合金、二硼化鈦、氫氟酸、去離子水、無水乙醇、二氧化碳，其組合準(zhǔn)備用量如下：以克、毫升、厘米³為計量單位

鎂合金：AZ91，固態(tài)塊體1000g±0.01g

二硼化鈦：TiB₂，固態(tài)粉體624.31g±0.01g

氫氟酸：HF，液態(tài)液體，100mL±10mL

去離子水：H₂O,液態(tài)液體，1000mL±10mL

無水乙醇：C₂H₅OH，1000mL±10mL

二氧化碳：CO₂，800000cm³±100cm³

制備方法如下：

(1)預(yù)處理鎂合金

將鎂合金塊體置于鋼質(zhì)平板上，用機(jī)械切割成小塊，小塊尺寸≤5mm×3mm×4mm；

然后置于干燥爐中干燥，干燥溫度105℃，以消除表面水汽；

(2)預(yù)處理二硼化鈦

①配制氫氟酸水溶液

量取氫氟酸76mL±0.001mL，去離子水924mL±0.001mL，加入量桶中，攪拌5min,成1.7mol/L的氫氟酸水溶液；

②將二硼化鈦624.31g±0.01g加入氫氟酸水溶液中，浸泡24小時，成混合液；

③抽濾

將混合液置于抽濾瓶的漏斗中，用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，留存濾餅，棄去濾液；

④干燥

將二硼化鈦濾餅裝入石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥溫度80℃，真空度2Pa，干燥時間120min；

然后升溫至100℃，干燥時間30min；

繼續(xù)升溫至120℃，干燥時間10min；

⑤預(yù)氧化

將干燥后的二硼化鈦顆粒置于普通干燥箱中進(jìn)行預(yù)氧化；

加熱溫度120℃，加熱時間10min；

然后升溫至150℃，加熱時間2min；

(3)熔煉制備耐磨鎂合金

熔煉制備耐磨鎂合金是在真空熔煉爐內(nèi)進(jìn)行的，是在抽真空、輸入二氧化碳?xì)怏w、中頻感應(yīng)加熱熔煉、外水循環(huán)冷卻下完成的；

①制備開合模具

開合式模具用不銹鋼材料制造，模具型腔為圓筒形，型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；

②清理真空熔煉爐

打開真空熔煉爐，用金屬鏟、金屬刷清理熔煉坩堝，然后用無水乙醇進(jìn)行清洗，使坩堝內(nèi)潔凈；

向熔煉爐內(nèi)輸入二氧化碳?xì)怏w，清除爐內(nèi)有害氣體，然后關(guān)閉熔煉爐；

③開啟真空泵，抽取真空熔煉爐內(nèi)空氣，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)2Pa；

④將預(yù)處理的鎂合金塊加入熔煉坩堝內(nèi)；

⑤開啟二氧化碳?xì)怏w瓶，向真空熔煉爐內(nèi)輸入二氧化碳?xì)怏w，二氧化碳輸入速度100cm³/min，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)恒定在0.1MPa；開啟中頻感應(yīng)加熱器，加熱溫度780℃±2℃，加熱熔煉時間40min，熔煉后成合金熔液；熔煉后停止加熱，使鎂合金溶液降至595℃；

⑥將預(yù)處理的二硼化鈦顆粒通過加料斗加入熔煉坩堝內(nèi)；

開啟熔煉坩堝內(nèi)攪拌器，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)28轉(zhuǎn)/min，熔煉攪拌時間20min；

⑦重新開啟中頻感應(yīng)加熱器，加熱溫度780℃±2℃，繼續(xù)熔煉10min；熔煉后成摻雜二硼化鈦的耐磨鎂合金熔液；

⑧澆鑄成型

預(yù)熱開合式模具，預(yù)熱溫度400℃；

關(guān)閉二氧化碳?xì)怏w瓶，關(guān)閉中頻感應(yīng)加熱器，停止加熱；

打開熔煉爐，取出熔煉坩堝，對準(zhǔn)開合式模具進(jìn)行澆鑄，澆滿為止；

⑨加壓凝固，冷卻

將澆鑄了熔液的開合式模具置于壓力機(jī)上，進(jìn)行壓制，壓力壓強(qiáng)100MPa，加壓冷卻至400℃；

開模，取出鑄錠；

將鑄錠埋入細(xì)砂中，自然冷卻至25℃

(4)切制、清理、清洗

將鎂合金鑄錠置于鋼質(zhì)平板上，用機(jī)械切割成的鎂合金錠；

然后用400目砂紙進(jìn)行打磨，使外圓及端面潔凈；

(5)熱處理

將鎂合金錠置于熱處理爐內(nèi)，進(jìn)行加熱處理；

加熱溫度380℃，加熱時間1h；

然后升溫至420℃，固溶處理2h；

隨后隨爐冷卻至200℃，保溫時間20h；

熱處理后停止加熱，使鎂合金錠隨爐冷卻至25℃；

(6)低速熱擠壓

耐磨鎂合金錠的熱擠壓是在立式擠壓機(jī)上進(jìn)行的，是在圓筒形模具內(nèi)，在加熱、加壓過程中完成的；

①制備熱擠壓開合式模具

熱擠壓開合式模具用工具鋼材料制作，模具型腔為圓筒形，型腔尺寸為型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；

②將固溶處理后的鑄錠置于熱擠壓開合式磨具內(nèi)；

然后置于熱擠壓機(jī)的工作臺上，上壓頭對準(zhǔn)開合式模具，垂直施壓；

開啟熱擠壓機(jī)加熱器，加熱溫度420℃，施壓壓強(qiáng)300Mpa，加熱施壓時間3min；

擠壓后停止加熱，關(guān)閉熱擠壓機(jī)，隨后隨爐冷卻至220℃，開啟熱擠壓機(jī)，繼續(xù)施壓，施壓壓強(qiáng)500Mpa，加熱施壓時間35min；

擠壓后停止加熱，在施壓狀態(tài)下冷卻至25℃；

停止施壓，開模取出鑄錠，即耐磨鎂合金塊；

(7)清理、清洗

將耐磨鎂合金塊置于鋼質(zhì)平板上，用400目砂紙打磨鎂合金塊外圓及端面，使其清潔；

然后用無水乙醇清洗，使鎂合金塊外圓及端面潔凈；

清理清洗后成：摻雜二硼化鈦的耐磨鎂合金塊；

(8)檢測、分析、表征

對制備的摻雜二硼化鈦的耐磨鎂合金塊的形貌、色澤、力學(xué)性能進(jìn)行檢測、分析、表征；

用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行顯微組織形貌分析；

用X射線衍射儀進(jìn)行物相分析；

用顯微維氏硬度計進(jìn)行材料硬度分析；

用摩擦磨損試驗機(jī)進(jìn)行材料的摩擦磨損性能分析；

結(jié)論：摻雜二硼化鈦的耐磨鎂合金塊為銀灰色塊狀，硬度達(dá)250HV，最大摩擦系數(shù)為0.536。

有益效果

本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有明顯的先進(jìn)性，是針對鎂合金強(qiáng)度低、硬度低、耐高溫性能差、耐磨性能差的情況，在鎂合金中摻雜二硼化鈦，經(jīng)真空熔煉、澆鑄成錠、加壓凝固、固溶處理、低速熱擠壓，制成耐磨鎂合金，提高了鎂合金的強(qiáng)度、硬度、韌性及耐磨性能；此制備方法工藝先進(jìn)，數(shù)據(jù)精確翔實，耐磨鎂合金硬度達(dá)250HV，最大摩擦系數(shù)為0.536，耐磨性能好，是先進(jìn)的制備耐磨鎂合金的方法。

附圖說明

圖1，耐磨鎂合金熔煉狀態(tài)圖

圖2，耐磨鎂合金低速熱擠壓狀態(tài)圖

圖3，耐磨鎂合金橫切面金相組織形貌圖

圖4，耐磨鎂合金X射線衍射強(qiáng)度圖譜

圖中所示，附圖標(biāo)記清單如下：

1、真空熔煉爐，2、爐座，3、爐蓋，4、工作臺，5、熔煉坩堝，6、中頻感應(yīng)加熱器，7、耐磨鎂合金熔液，8、第一顯示屏，9、第一指示燈，10、第一電源開關(guān)，11、中頻感應(yīng)加熱控制器，12、攪拌控制器13、真空泵控制器14、真空泵，15、真空閥，16、真空管，17、二氧化碳?xì)怏w瓶，18、氣體閥，19、氣體管，20、二氧化碳?xì)怏w，21、爐腔，22、出氣管閥，23、攪拌器，24、加料斗，25、控制閥，26、外水循環(huán)冷卻管，27、進(jìn)水閥，28、回水閥，29、導(dǎo)線，30、熱擠壓機(jī)，31、左立柱，32、右立柱,33、頂座，34、壓力電機(jī)，35、加熱工作臺，36、圓筒形擠壓模具，37、下墊塊,38、耐磨鎂合金鑄錠，39、上壓塊，40、上壓頭，41、壓力塊，42、電控箱，43、第二顯示屏，44、第二指示燈，45、第二電源開關(guān)，46、壓力電機(jī)控制器，47、加熱工作臺控制器，48、固定座。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

圖1所示，為耐磨鎂合金熔煉狀態(tài)圖，各部位置要正確，按量配比，按序操作。

制備使用的化學(xué)物質(zhì)的量值是按預(yù)先設(shè)置的范圍確定的，以克、毫升、毫米、厘米³為計量單位。

真空熔煉爐為立式，真空熔煉爐1的下部為爐座2、上部為爐蓋3、內(nèi)部為爐腔21；在爐腔21的內(nèi)底部設(shè)有工作臺4，在工作臺4的上部為熔煉坩堝5，熔煉坩堝5的外部為中頻感應(yīng)加熱器6，熔煉坩堝5內(nèi)為耐磨鎂合金熔液7，爐腔21內(nèi)由二氧化碳?xì)怏w20充填；在爐蓋3上部設(shè)有加料漏斗24、攪拌器23，加料漏斗24上設(shè)有控制閥25，加料漏斗24穿過爐蓋3連通熔煉坩堝5；攪拌器23穿過爐蓋3深入熔煉坩堝5內(nèi)底部；在真空熔煉爐1的外部設(shè)有外水循環(huán)冷卻管26，外水循環(huán)冷卻管26上設(shè)有進(jìn)水閥27、回水閥28，并與外接水源連接；在真空熔煉爐1的右部設(shè)有真空泵14，真空泵14上部設(shè)有真空閥15、真空管16，并伸入爐腔21內(nèi)；在真空熔煉爐1的左部設(shè)有二氧化碳?xì)馄?7，二氧化碳?xì)馄?7上部設(shè)有氣體閥18、氣體管19，并向爐腔21內(nèi)輸入二氧化碳?xì)怏w20；在爐座2上設(shè)有第一顯示屏8、第一指示燈9、第一電源開關(guān)10、中頻感應(yīng)加熱控制器11、攪拌控制器12、真空泵控制器13；爐座2通過導(dǎo)線29連接真空泵14、攪拌器23、中頻感應(yīng)加熱器6。

圖2所示，為耐磨鎂合金低速熱擠壓狀態(tài)圖，各部位置要正確，按序操作。

鎂合金錠的低速熱擠壓是在立式擠壓機(jī)上進(jìn)行的，是在加熱、施壓過程中完成的；

熱擠壓機(jī)為立式，熱擠壓機(jī)30上部分左右設(shè)有左立柱31、右立柱32，并連接頂座33；在熱擠壓機(jī)30中間部位上部為加熱工作臺35，在加熱工作臺35上部垂直置放圓筒形擠壓模具36，并由固定座48固定；在圓筒形擠壓模具36內(nèi)底部置放下墊塊37，下墊塊37上部置放耐磨鎂合金錠38，在耐磨鎂合金錠38上部由上壓塊39壓??；在上壓塊39上部連接上壓頭40，上壓頭40上部連接壓力塊41，壓力塊41上部通過頂座33與壓力電機(jī)34連接；在熱擠壓機(jī)30的左部設(shè)有電控箱42，在電控箱42上設(shè)有第二顯示屏43、第二指示燈44、第二電源開關(guān)45、壓力電機(jī)控制器46、加熱工作臺控制器47；電控箱47通過電纜48與熱擠壓機(jī)30連接。

圖3所示，為耐磨鎂合金橫切面金相組織形貌圖，圖中所示，由明亮的鎂合金基體和黑色的二硼化鈦顆粒組成，金相組織致密性好。

圖4所示，為耐磨鎂合金X射線衍射強(qiáng)度圖譜，圖中所示，縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為衍射角2θ，圖譜的衍射峰由α-Mg、TiB₂和Mg₁₇Al₁₂三種種物質(zhì)的衍射峰組成。