[发明专利]镁合金中含细小LPSO结构的细晶复合组织的制备方法

说明书

本发明提供了一种镁合金中含细小LPSO结构的细晶复合组织的制备方法，包括对镁合金进行搅拌摩擦加工的步骤和热处理的步骤；所述镁合金为Mg‑RE‑Zn系合金。通过该调控方法可在Mg‑RE‑Zn合金中获得含细小LPSO结构细晶复合组织。采用本方法制备的Mg‑RE‑Zn合金晶粒尺寸细小，在晶粒内及晶界处均存在有细小杆状LPSO结构，长度约为3～5μm。由本方法所制备的特殊复合结构兼具LPSO结构韧性佳及细晶材料强度高的特点，与仅通过热处理方法获得的LPSO结构相比，合金的强度与韧性均有显著提高。

技术领域

本发明属于镁合金加工及热处理领域，尤其涉及一种Mg-RE-Zn系镁合金中含细小LPSO结构的细晶复合组织的制备方法。

背景技术

镁合金具有密度低，比刚度、比强度高，抗电磁屏蔽能力强等优点，被称为“21世纪的绿色工程材料”。Mg合金中添加Gd等稀土元素可以更进一步的提高合金的力学性能。其中日本学者Kawamura通过快速凝固/粉末冶金的方法制备了含LPSO(长周期堆垛有序)结构的Mg-Y-Zn合金，合金强度高达600MPa。然而该方法由于工艺复杂、成本高昂等因素目前无法得到广泛应用。通常采用熔炼工艺制备含有LPSO结构的稀土镁合金，但是这类合金呈现出晶粒尺寸较大、第二相粗大且呈网状分布、LPSO强轫化效果不明显等缺点。另外，采用热处理或挤压轧制等加工手段无法同时获得第二相弥散均匀且晶粒细小的合金组织。

搅拌摩擦加工技术是基于搅拌摩擦焊接技术原理的一种材料加工方法。FSP过程中通过搅拌及摩擦产生的热量及大塑性变形可以有效破碎稀土镁合金中粗大第二相的网状结构。同时，母材的晶粒尺寸也会通过动态再结晶等机制得以细化。伴随上述变化的是细小的晶粒与破碎的第二相发生材料流动，结果是形成晶粒细小、第二相弥散分布的均匀组织。

具有LPSO结构的相是一种韧性相，加入基体中可以协调变形进而提高材料的韧性。前人研究表明，Mg-RE-Zn合金经高温长时保温，可在晶界形成大块状具有LPSO结构的X相。这意味着目前含晶界X相的合金，因需经历高温长时保温，其晶粒尺寸相对较大，无法充分发挥细晶强化和第二相强化等材料强化机制的作用。另一方面，对含有粗大韧性X相的母材进行挤压轧制等常规变形方式无法实现X相的破碎及弥散分布。故而制备一种同时具备细小晶粒和细小弥散X相的合金，有望持续提高材料性能，但同时也是一项技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种镁合金中含细小LPSO结构的细晶的制备方法，获得含细小LPSO(长周期堆垛有序)结构的细晶复合组织的Mg-RE-Zn系合金。通过结合搅拌摩擦加工技术及热处理手段调控Mg-RE-Zn合金组织结构，以期获得含有细小LPSO结构及细小晶粒的复合组织。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种镁合金中含细小LPSO结构的细晶复合组织的制备方法，包括对镁合金进行搅拌摩擦加工的步骤和热处理的步骤；所述镁合金为Mg-RE-Zn系合金。先通过搅拌摩擦加工形成细晶结构并破碎弥散粗大第二相，再通过热处理进行相变控制。

优选地，所述制备方法具体包括以下步骤：

S1、熔炼铸造Mg-RE-Zn合金；

S2、采用搅拌摩擦加工方式，使用搅拌头加工Mg-RE-Zn合金基板；

S3、对合金进行短期固溶处理后冷却，即可。

优选地，步骤S1中，所述熔炼铸造的方法包括砂型铸造、金属型铸造或半连续铸造。

优选地，步骤S1中，所述Mg-RE-Zn系合金中，所述RE包括Gd，Y中的至少一种元素，所述RE的含量为10-20wt％，Zn的含量为1-3wt％。

优选地，所述Mg-RE-Zn系合金中，还包括以下元素：Zr，Mn中的至少一种。