[发明专利]一种孪晶变形镁合金超细晶型材、其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制备与加工领域。具体而言，本发明涉及一种镁合金超细晶型材，特别是一种孪晶变形镁合金超细晶型材，以及它的制备方法和用途。

背景技术

镁及镁合金具有密度小、重量轻、强度高、良好的生物相容性及可降解特性等特点。已经研究开发出多种多样的镁合金医用制品，包括医用镁合金板材、棒材、管材、骨钉、骨板和血管内支架等，使其在骨科器械、介入医疗和口腔医疗等医学领域展现出巨大的优势和潜力。同时，镁合金还具有比强度和比刚度高、切削加工性能和阻尼减震性能良好、资源丰富和易于回收等优点，使其在汽车、航天、电子等多种领域内应用广泛。

但是，镁属于密排六方结构的金属，低温下滑移系少，塑性较低容易脆断，极大限制了其应用。如何提高镁合金综合力学性能已成为业界一直以来的研发重点。晶粒细化是一种提高镁合金材料综合性能的有效方法，因晶粒细化后不仅提高了镁合金材料的强度，同时又可以提高其塑性。晶粒细化的方法有粉末冶金、快速凝固、剧烈塑性变形法等。其中剧烈塑性变形技术既能制备较大尺寸的超细晶材料，又防止了其它方法(如粉末冶金、喷射沉积、快速凝固、非晶晶化等)中难以避免地引入杂质或缺陷等问题的产生，因此剧烈塑性变形技术已成为超细晶材料制备的一个主要发展方向。剧烈塑性变形技术中的等通道转角挤压法(ECAP)，由于工艺实施简便快速而受到更多研究者关注。

目前为了细化镁合金晶粒，主要采用等通道挤压法对镁合金进行加工。例如：申请号为CN201310355624.0名称为“稀土镁合金挤压模具及挤压方法”、申请号为CN200910099591.1名称为“一种背压等通道往复挤压镁合金制备方法及其挤压模具”、申请号CN200910071255.6名称为“镁合金方形棒材等通道旋形型腔的挤压模具及挤压方法”、申请号CN200810233106.0名称为“连续转角剪切的挤压整形制备镁合金型材的方法及模具”等中国专利申请中都设计了等通道挤压模具，并将其进行镁合金的挤压。

申请号CN201310149560.9名称为“纳米晶镁合金的连续剧烈塑性变形制备方法”，其中公开了镁合金等通道挤压后进行高压扭转处理，可制备平均晶粒尺寸100nm以下组织均匀的镁合金。

申请号CN201210516981.6名称为“一种超细晶镁合金薄板的高成材率加工方法”，其中公开了镁合金等通道挤压后进行轧制加工，得到镁合金薄板及其宽板。

申请号KR20030060830名称为“一种通过等通道挤压的方法使镁合金晶粒细化塑性提高的加工方法”，其中公开了镁合金等通道挤压后，晶粒得到细化而塑性提高。

申请号KR20050024737名称为“等通道挤压制备高强度高韧性镁合金的方法”，其中公开了采用等通道挤压的方法，控制镁合金中的织构从而得到高强度高韧性的镁合金。

申请号KR20050024735名称为“一种在常温下改善镁合金加工性能的方法”，其中公开了通过对镁合金进行等通道挤压，控制镁合金中的织构从而提高镁合金的塑性。

上述专利或申请均采用液压装置进行等通道挤压，并且存在以下缺点：1、采用液压机挤压的超细晶镁合金工艺，成品长度受限，仅限于实验室研究水平。由于模具尺寸，压头尺寸等原因，坯料原始长度不能超过100mm；考虑到挤压过程中变形不完全区域，最终的成品不超过80mm。2、成本高、效率低。为了得到明显的镁合金晶粒细化效果，挤压时需要甚至8道次以上的挤压，使其生产成本较高、生产效率低下，商业化推广受限。3、废品率高。挤压过程中一旦某一道次挤压失败，整个坯料就无法继续使用，坯料不完全变形区约占20％，故如果加上前后端的浪费，其废品率将超过1/4。所制备成型的材料均为坯材，需二次加工才能使用。

综上所述，亟待开发一种生产效率高，废品率低，成品尺寸不受限制，可规模化和连续生产的镁合金型材的制备方法。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种可连续化工业生产孪晶变形镁合金超细晶型材的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将镁合金原料在气氛保护下进行熔炼、浇铸，并在300～500℃进行固溶处理；

(2)将步骤(1)得到的坯料进行镁合金预变形处理，以使镁合金形成大量孪晶微观组织结构，晶粒尺寸在100μm以下；

(3)在再结晶温度下进行连续等通道转角挤压(ECAP)，通道转角为90～120°，挤压线速度不超过10mm/s，最后道次应变量在60～340％；在挤压的最后道次，根据需要更换模具以获得所需型材；以及

(4)将型材在150～300℃下进行退火处理。