[发明专利]一种纳米晶态多晶镁材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高性能镁合金或镁基复合材料，所制备材料基体晶粒尺寸处于纳米级，材料具有高强韧特征，属于新材料制备领域。

背景技术

地球上的镁资源储量十分丰富，大约占地壳质量的2%，占海水质量的0.14%，同时镁合金及其复合材料具有比刚度、比强度高、抗振性能好等性能优势，轻量化、强韧化是当代机电产品的发展趋势，首先表现在汽车、飞机和航天器等远载工具制造业上，随着这些行业的发展，对镁基合金的强韧化提出了更高要求，因此认为高强韧镁材在先进结构材料方面颇有发展潜力。然而在实际工业生产中，镁材并没有得到广泛应用，原因是镁的强韧性尚且达不到常规结构材料的使用要求，因此探索一条行之有效的提高镁材强韧度的途径是非常必要的。

前期文献显示，提高材料强韧性的主要途径有：

第一：细化基体晶粒，晶粒细化到一定程度时可以保证多晶镁合金具备充分的延性转变能力：

细晶方法一：是用挤压技术促进材料变形，专利01128128.6提供一种制备超细晶粒组织变形镁合金的方法，其特征在于：将镁合金在330～370℃，固溶处理1～2小时；再在130～160℃时效8～10小时；最后在330～370℃下，一次等温变形，变形量≥75％，该发明将变形温度调高到固溶温度区，从而使得大变形量可以一次性完成，因而从根本上避免了，由于反复多道次轧制过程中间的软化处理对晶粒长大的影响。

细晶方法二：是在凝固过程中加入晶粒细化剂。专利02135921.0提供一种镁合金晶粒细化剂及其制备方法，该细化剂的化学成分包括：72.50-99.80％铝，0.02-20.00％碳，0.00-10.00％镁，细化剂的制备方法是：将铝粉、石墨粉和镁粉混和均匀、烘干、压块，然后在真空或惰性气体保护下，于700-1000℃保温不少于25分钟，该方法所得细化剂为金属块体，向镁合金熔体中添加方便，易于控制加入量和成分含量，以微量加入可达到高效细化的目的，同时不易受处理温度和时间及工艺条件的影响。

细晶方法三：是采用合金化方法，即在镁合金中加入稀土、Li合金。

细晶方法四：是采用快速凝固技术，可制备多晶和非晶镁基合金。

但是以上方法只是在一定程度上促进了镁合金的细化，与纳米晶态仍有一定差距。

第二种方法是制备镁基复合材料。

复合方法一：是用外加增强相法，可选用的增强相有小尺寸SiC颗粒、碳纳米管等，因为外加相尺寸小，存在不容易分散和不容易润湿的关键问题，而且对强度韧性提高的幅度很有限，当对外加相表面进行涂覆处理后能在一定程度上克服团簇，但仍存在材料组织不稳定的问题；同时使用纳米管等增强提高了材料制备成本。

复合方法二：是用原位内生方法。通过非晶晶化或部分晶化，在非晶镁合金基体中得到自生纳米颗粒，将会非常显著提高镁基合金的强韧性。

本发明提供的方法是通过深冷-低热循环处理镁合金或镁基复合材料，镁材基体晶粒度尺寸在纳米级，材料强韧度提高，与现有文献相比，该法可实现“高效率、高质量、低成本、低污染”地制备高强韧镁材。

发明内容

本发明的内容是将铸态或变形态镁合金或镁基复合材料，进行深冷-低热循环处理，通过控制过程参数，制备出一种具有基体纳米晶态的镁材。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一步是原料准备： 对于铸造镁合金或镁基复合材料，通过熔炼-铸造方式制备镁材；对于变形镁合金，需再经过均质处理、挤压变形、固溶时效处理后续处理。