[发明专利]一种挤压镁-锌系镁合金的深冷处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金的深冷处理工艺。

背景技术

镁合金是目前最轻的工程结构材料，除了比重轻以外，它还具有密度小、比强度和比刚度高，易于成型、导热性好等优点。因此，镁合金被广泛应用于汽车、电子、3C等相关行业。然而，镁合金的耐磨损性能很差，这大大限制了镁合金作为关键零部件的使用。对于商业镁合金来说，例如AZ91D (Mg-9Al-1Zn)，其干摩擦系数通常在0.4左右。

目前，提升镁合金抗磨损能力的研究主要集中于在其表面做特殊处理，例如涂敷TiN或者其他致密氧化物组成的抗磨损涂层。但是这类工艺费时费力，工艺质量难以得到保障。而且，当表面的抗磨损涂层被磨掉后，镁合金基体还是要承受后续的磨损。因此，如何利用简单有效的工艺来提升镁合金自身的抗磨损性能是一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种工艺方法简单、操作方便、工艺流程短、生产成本低的提升镁合金耐磨损性能的深冷处理方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

将挤压态的镁-锌系镁合金放入43K-243K的低温液氮或者低温氦气中深冷处理（静置），深冷处理的时间≥2h，深冷处理后将镁合金取出自然恢复至室温。

本发明中所述的镁-锌系镁合金为Mg-Zn-X三元合金，X为第三方元素，包括铝、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥。

本发明由于采用上述工艺方法，具有以下的效果。

1、经过深冷处理后，挤压态镁-锌系镁合金的抗磨损性能得到了大幅度的提升。其在不同载荷下的磨损率均有至少30%以上的降低。

2、挤压镁合金在深冷处理过程中从材料内部析出了弥散分布的细小第二相颗粒。这些颗粒有效地承载了磨损时的载荷，防止基体被磨损。 

综上所述，本发明工艺方法简单、操作方便、生产成本低，适于工业化规模提升镁合金的耐磨损性能。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

实施例1。

试样为挤压态的Mg-1.5Zn-0.15Gd镁合金棒材。试样的制备方法如下：原材料为按原子比配比的98.35%的商业纯Mg，1.5%的商业纯Zn与0.15%商业纯Gd。将上述配比的原材料制成铸锭后，于673K的温度下降合金挤压成直径为30mm的棒材。挤压比11:1。

将挤压态的Mg-1.5Zn-0.15Gd镁合金置于77K的低温下深冷处理24小时后取出，自然升至室温。所用低温介质为液氮。处理后的Mg-1.5Zn-0.15Gd镁合金于球盘磨损机上进行磨损试验。摩擦副为直径为10mm的GCr15钢球。磨损的载荷分别为5N，6N，7N和8N，摩擦副的滑动速度均为0.105m/s，磨损时间统一为5min。经测试表明，深冷处理24小时后的Mg-1.5Zn-0.15Gd (at. %) 镁合金的耐磨性有显著的提升，具体表现为。

1、摩擦系数显著下降。其平均干摩擦系数由0.4下降至0.23，下降幅度为43%。

2、磨损率显著下降。在载荷为5N，6N，7N和8N时，其磨损率的下降幅度分别为56%，69%，71%，80%。

实施例2。

试样为挤压态的ZA84镁合金棒材。试样的制备方法如下：原材料为商业ZA84镁合金铸锭。将该铸锭于673K的温度下降合金挤压成直径为30mm的棒材。挤压比为11:1。

将挤压态的ZA84镁合金置于77K的低温下深冷处理32小时后取出，自然升至室温。所用低温介质为液氮。处理后的ZA84镁合金于球盘磨损机上进行磨损试验。摩擦副为直径为10mm的GCr15钢球。磨损的载荷分别为5N，6N，7N和8N，摩擦副的滑动速度均为0.105m/s，磨损时间统一为5min。经测试表明，深冷处理24小时后的ZA84镁合金的耐磨性有显著的提升，具体表现为。

1、摩擦系数显著下降。其平均干摩擦系数由0.43下降至0.22，下降幅度为51%。

2、磨损率显著下降。在载荷为5N，6N，7N和8N时，其磨损率的下降幅度分别为46%，58%，69%，78%。

实施例3。

试样为挤压态的Mg-6Zn-1Y镁合金棒材。试样的制备方法如下：原材料为按原子比配比的93%的商业纯Mg，6%的商业纯Zn与1%商业纯Y。将该铸锭于673K的温度下降合金挤压成直径为30mm的棒材。挤压比为15:1。