[发明专利]一种小变形量制备大块纳米晶镁合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种新型纳米晶材料的制备技术，具体是一种适用于镁合金的，小变形量的制备大块纳米晶材料的技术。

背景技术

镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，在国防军事、航空航天、汽车、电子通信等领域中正得到日益广泛的应用。相比于铝合金、钛合金等其他轻金属结构材料，镁合金的强度和韧性都较差。为了提高镁合金的强度，通过塑性变形细化镁合金晶粒是一种有效的手段。大塑性变形技术简称(SPD)具有显著的细化晶粒能力，可以将材料的晶粒组织细化到亚微米甚至纳米级，被国际材料学界公认为是制备块体纳米和超细晶材料的最具前途的方法。但是，大塑性变形技术通常需要对材料施以高应变量，在实施时存在模具、设备成本高，工艺连续性差，样品尺寸小等许多缺点。并且由于镁合金是密排六方结构，塑性变形能力差，施加的高应变量往往会导致镁合金在变形过程中破裂。因此，这些缺点严重地阻碍了大塑性变形技术在实际生产中的应用。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利号ZL200710045628.3，发明名称：制备大块超细晶材料的镦压模具，该专利采用上、下型腔构成的分型模具，通过利用与上型腔截面相同的冲头，对位于上型腔内的材料施压，材料在此压力作用下进入下型腔。由于上、下型腔形状完全相同但成90°夹角，使每道次镦压变形后，经历剧烈剪切变形的材料恢复到原来形状。冲头退回，打开模具销钉取出材料后，可再次放入上型腔进行第二道次镦压加工。该技术的特点如下：(1)制备的材料晶粒尺寸细小，可达到100nm～1μm；(2)加工的材料受到强烈剪切作用，变形量大，且不易发生破裂；(3)可以制备大块的试样，块体在加工前后形状相同，可以实现多道反复加工来累计应变量，从而达到细化晶粒的作用。该技术是大塑性变形技术近年来开发的比较成功的一种新型大塑性变形技术，它在一定程度上改善了大塑性变形样品尺寸太小，无法满足工业化应用的缺陷，并且在镁铝、镁硅和镁稀土合金上已经得到了成功的应用。但是，由于镁合金本身的变形能力很差，利用该技术变形镁合金时需要在高温下进行，而在较高的温度下，镁合金的晶粒尺寸长大明显，因此该技术所制得的镁合金样品晶粒尺寸较大，无法达到纳米级或亚微米级。

进一步检索发现，H.Q.Sun等人在《Acta Materialia》材料学报，2007，55:975-982上发表的“Plasticstrain-induced grain refinement in the nanometer scale in a Mg alloy”(塑性应变诱发晶粒细化制备纳米镁合金)一文中，介绍了一种表面纳米化技术，该技术可以在AZ91D镁合金表面得到晶粒尺寸为30nm左右的纳米层，适用于板材加工。但是，这种表面纳米化技术只能在样品表面形成几百微米的影响层，若板材厚度较厚，则这种纳米化的细晶层对材料整体的力学性能的影响就很不明显。而且通过表面纳米化制备的镁合金板材表面质量较差，存在大量表面氧化和开裂现象。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种小变形量制备纳米晶镁合金的方法。所用的变形方式可以是挤压、轧制、锻造等常规工业化塑性变形技术，通过添加合金元素Ag降低镁合金的再结晶温度，并利用Ag元素的界面偏析性质，阻碍再结晶晶粒的长大，实现大块均匀的纳米晶镁合金块体材料的制备。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步，合金熔炼：在熔炼镁时，将镁重量的2％～8％的Ag颗粒加入熔液里。所述的添加温度为720℃，浇铸温度为700℃，浇铸所用金属型模具预热温度为200℃。

第二步，塑性变形：在室温下对合金进行20％～40％应变量的变形，具体可选择挤压、轧制、锻造等各种常规工业塑性变形技术。

第三步，低温短时退火处理：在250～300℃对变形后的材料进行1～30分钟的退火处理。

第四步，重复第二步至第三步操作1～8次，直至获得均匀的纳米晶块体材料。

本发明包括以下技术效果：

1.本发明专利采用常规挤压、轧制、锻造等工业化塑性变形技术，仅对材料施加20％～40％的小变形量。这个程度的变形量一方面是向镁合金内引入了较多位错等缺陷，另一方面则是由于较低的变形量是镁合金材料在室温加工时可以承受的程度，确保不会发生材料断裂失稳现象。室温加工可以有效的抑制镁合金晶粒长大，为得到纳米晶材料提供了必要的条件。