[发明专利]一种增强型镁合金块包覆镁合金棒的制备方法

权利要求书

1. 一种增强型镁合金块包覆镁合金棒的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁合金棒、镁合金块、碳化硅、氢氟酸、去离子水、二氧化碳，其组合准备用量如下：以克、毫升、毫米、厘米³ 为计量单位

制备方法如下：

（1）精选化学物质材料

对制备所需的化学物质材料进行精选，并进行质量纯度、浓度控制：    

（2）预处理碳化硅

① 配置氢氟酸水溶液

量取氢氟酸80mL ± 0.1mL、去离子水720mL±0.1mL，置于烧杯中，搅拌5min，成2.24mol/L的氢氟酸水溶液；

② 称取碳化硅粉体颗粒294g±0.1g，加入烧杯中，然后加入氢氟酸水溶液800mL±0.1mL，浸泡24h，搅拌后成碳化硅混合液；

③ 抽滤

将碳化硅混合液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；

④ 去离子水洗涤、抽滤

将产物滤饼置于烧杯中，加入去离子水1000mL，搅拌洗涤5min，成混合液；然后将混合液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；重复洗涤、抽滤，直至废液的PH值为7；

⑤ 干燥

将洗涤后的产物滤饼置于石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥温度80℃，干燥时间720min；

然后将干燥温度调至120℃，继续干燥120min；干燥后成碳化硅颗粒，颗粒直径≤0.3μm；

（3）预处理镁合金棒

① 将Ф60mm×100mm的镁合金棒表面用砂纸进行打磨，使表面光滑；

② 将镁合金棒置于电阻加热炉中预热，预热温度105℃±5℃，恒温保温时间90min，以消除表面水汽；

（4）预处理镁合金块

将镁合金块1500g±0.1g置于电阻加热炉中预热，预热温度105℃±5℃，恒温保温时间90min，以消除表面水汽；

（5）熔炼制备增强型镁合金锭

增强型镁合金锭的制备是在熔炼炉中进行的，是在加热熔炼、掺杂碳化硅颗粒、二氧化碳保护下完成的；

① 预热碳化硅颗粒

将预处理后的碳化硅颗粒置于石英容器中，然后置于预热炉中预热，预热温度400℃±5℃，预热时间120min；

② 清理熔炼坩埚

用金属铲、金属刷清理熔炼坩埚内壁，使其洁净；然后用去离子水擦洗熔炼坩埚内壁，使其洁净，擦洗后晾干；

③ 将预处理后的镁合金块置于熔炼坩埚中；

④ 开启熔炼炉，使坩埚内温度逐渐升至700℃± 5℃，同时向熔炼坩埚内输入二氧化碳，输入速度1000cm³/min；使熔炼坩埚内的镁合金块熔化，成熔液；然后停止加热，将温度调至592℃±5℃，并开动搅拌器对熔液进行搅拌；

⑤ 加入碳化硅颗粒

将预热的碳化硅颗粒加入熔液中，搅拌15min，然后温度升温至700℃±5℃，恒温保温5min；

⑥ 浇铸成锭，并加压冷却

预热模具，将预制的开合式筒形模具置于预热炉中预热，预热温度400℃±5℃；

将熔炼坩埚中的混合熔液对准模具型腔进行浇注，浇满为止，然后进行自然冷却；

当铸锭冷却至600℃±5℃时，将开合式筒形模具及其内的镁合金铸锭移至压力机上施压，压力压强为100 MPa；

在加压过程中冷却至420℃时，停止施压，打开开合架，取出铸锭，使铸锭在空气中自然冷却至25℃，铸锭为增强型镁合金锭；

（6）增强型镁合金块包覆镁合金棒

增强型镁合金块包覆镁合金棒是在压力机上进行的，是在开合式圆筒形模具内、在加热、施压过程中完成的；

① 预制增强型镁合金块

将浇铸成型的增强型镁合金锭进行切割，成Ф80mm×44mm的圆柱形镁合金块；

② 置放开合式筒形模具

将开合式筒形模具垂直置于压力机底座上的电阻加热工作台上；

③ 将增强型镁合金块垂直置于筒形模具底部；

④ 开启电阻加热工作台，加热增强型镁合金块，使模具内温度逐渐升至580℃±5℃，同时向开合式筒形模具内通入二氧化碳，气体输入速度为1000cm³/min，恒温保温15min；

⑤ 将圆环形固定支架置于开合式模具内的增强型镁合金块上；

⑥ 将镁合金棒垂直置于模具内圆环形固定支架内，将垫块垂直压住镁合金棒，将压头垂直压住垫块，将压块置于压头上；

⑦ 将压力机的上压头垂直压住压块；

⑧ 开启压力机，使上压头、压块和压头对准镁合金棒施压，控制压头移动速率为1mm/s； 

⑨ 在施压过程中，镁合金棒逐渐压入加热状态的增强型镁合金块中，增强型镁合金块进行塑性变形，形成增强型镁合金块包覆镁合金棒，当增强型镁合金块完全包覆镁合金棒时，即完成了加热、挤压、包覆的全过程；

⑩  关闭电阻加热工作台，停止加热；关闭压力机，停止施压；使增强型镁合金块包覆镁合金棒自然冷却至25℃，关闭二氧化碳阀；

 打开开合式筒形模具，取出增强型镁合金块包覆镁合金棒；

（7）退火处理

将增强型镁合金块包覆镁合金棒置于电阻加热炉中进行退火处理，退火温度100℃±5℃，退火时间60min；

（8） 机械切制、清理

将退火后的增强型镁合金块包覆镁合金棒两端机械切掉未完全包覆部分，然后用砂纸打磨其表面，使表面光洁，得到增强型镁合金块包覆镁合金棒，圆柱体外部为增强型镁合金块，内部为镁合金棒，呈圆环形包覆状；

（9）检测、分析和表征

对制备的增强型镁合金块包覆镁合金棒的形貌、成分、物理化学性能、力学性能进行检测、分析和表征；

用S-3000型扫描电子显微镜进行显微组织分析；

用Instron5569型万能试验机进行力学性能测试；

用EM-1500TK型显微维氏硬度计测试材料的硬度

结论：增强型镁合金块包覆镁合金棒为圆柱形，外部为增强型镁合金块包覆层，呈圆环状，内部为镁合金棒，呈圆柱状，圆柱与圆环结合牢固，致密性好，镁合金棒硬度为74.43Hv，结合界面处硬度为86.97Hv，增强型镁合金包覆层硬度为104.77Hv；

 （10）储存

对制备的增强型镁合金块包覆镁合金棒产品用软质材料包装，储存于阴凉干燥环境，要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10%。

2. 根据权利要求1所述的一种增强型镁合金块包覆镁合金棒的制备方法，其特征在于：增强型镁合金块包覆镁合金棒是在压力机上进行的，是在开合式筒形模具内、在加热、二氧化碳保护、施压过程中完成的；

在压力机底座（25）的左部设有左立柱（8）、右部设有右立柱（18），左立柱(8)、右立柱（18）上部为压力机顶座（15），在压力机顶座（15）上部设有压力电机（16）；在压力机底座（25）上部设有电阻加热工作台（22），在电阻加热工作台（22）上部垂直放置开合式筒形模具（9），开合式筒形模具（9）由4个开合架（10）固定；在开合式筒形模具（9）内垂直置放镁合金块（21），镁合金块（21）上部垂直置放镁合金棒（19），镁合金棒（19）由圆环形固定支架（20）固定定位；镁合金棒（19）上部由垫块（11）平行压住，垫块（11）上部由压头（12）压牢，在压头（12）上部为压块（13），压块（13）上部与压力机上压头（14）接触，上压头（14）与压力电机（16）联接；在压力机底座（25）的左部设有电控箱（1），在电控箱（1）上设有显示屏（7）、指示灯（6）、电源开关（5）、加热温度控制器（3）、压力电机调控器（2），电控箱（1）通过导线（4）与压力机的压力电机（16）、电阻加热工作台（22）联接；在压力机的右侧设有二氧化碳瓶（26），二氧化碳瓶（26）通过二氧化碳阀（24）和二氧化碳管（23）联通开合式筒形模具（9）。