[发明专利]一种含有LPSO结构的纳米晶-超细晶梯度镁合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种含有LPSO结构的纳米晶‑超细晶梯度镁合金的制备方法，其步骤包括：A、将Mg‑Y‑Zn合金铸锭进行切割，置于等通道转角挤压模具中进行16～24道次连续ECAP加工，获得超细晶块材；B、将超细晶块材沿挤压方向切割成薄板，用铝箔包裹薄板的上下表面，并固定于工作台；利用高速旋转钢丝轮从薄板上表面的一端刮擦至另外一端，反复加工2～6道次，同时对试样进行气体保护；上表面加工结束后，对试样的下表面进行相同的加工处理；两侧表面加工结束后，去除铝箔，得到上下表面均为含有LPSO结构的纳米晶‑超细晶梯度镁合金。本发明利用等通道转角挤压和后续高速旋转丝加工获得了含有LPSO相的纳米晶‑超细晶梯度组织，显著提高了合金的综合力学性能。

技术领域

本发明涉及一种采用等通道转角挤压和后续高速旋转丝加工制备含有LPSO结构的纳米晶-超细晶梯度镁合金的制备方法，属于合金加工技术领域。

背景技术

寻找有效的强韧化相和强韧化结构来提高镁合金的综合力学性能，是现有镁合金发展的重要方向。根据Hall-Petch关系，晶粒细化是提高镁合金强度的有效途径，因而纳米晶镁合金通常具有优异的高强度。然而，随着镁合金的晶粒尺寸细化至纳米级别（＜100nm），合金的韧性和塑性会急剧下降，限制了纳米晶镁合金的应用。超细晶镁合金（100nm～1.5μm）由于晶粒尺寸适宜，往往具有良好的塑性，并且在一定条件下可以获得超塑性。可见，如何构筑有效的结构使纳米晶与超细晶相结合，有望获得综合力学性能优良的高强高塑镁合金。

通过表面纳米化技术使材料表面形成纳米层，并利用梯度过渡到基体内部的粗晶组织从而形成梯度纳米结构，能够实现合金力学性能从表层到内部的梯度变化，有效发挥表面纳米层的高强度和基体粗晶的良好塑性。目前表面纳米化技术已逐渐应用至镁合金中，基于剧烈塑性变形生成梯度纳米结构镁合金的制备方法主要包括表面机械研磨处理（SMAT）、高能球喷丸（HESP）、超声纳米表面调节（UNSM）和超高速火焰超声微粒撞击（HVOF-SMB）等。通过在镁合金表面构筑梯度纳米结构，虽然合金的塑性会略微下降，但合金的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性和耐热性能等均显著提高，显示了梯度纳米结构的性能优势。

长周期相（LPSO）是近年来镁稀土合金发现的有效强韧化相。通过快速凝固粉末冶金（RS/PM）制备方法获得的LPSO增强Mg97Zn1Y2（at%）合金的室温屈服强度和延伸率分别达到610MPa和5%（Y. Kawamura, et al. Materials Transactions, 42(2001) 1172-1176）。此外，采用热塑性加工、时效处理等制备的含LPSO相镁稀土合金也普遍具有高强度（＞350MPa）或超高强度（＞450MPa），但其塑性普遍较差，延伸率甚至低于5%。Lu等（F. Lu, etal. Journal of Alloys and Compounds, 601(2014) 140-145）利用多道次剧烈塑性变形加工获得了含LPSO相的超细晶Mg-Gd-Zn合金，由于晶粒尺寸和LPSO相微元达到超细晶水平（0.5～1.5μm），合金具有优良的塑性（23%）以及中等强度（387MPa）。

因此，为了实现含LPSO相的镁稀土合金在保持优异塑性的前提下进一步提高其强度，本发明提出了一种在超细晶基础上通过表面纳米化获得高强高塑的含LPSO相的纳米晶-超细晶梯度镁合金材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种含有LPSO结构的纳米晶-超细晶梯度镁合金的制备方法。

本发明采用的技术方案为：一种含有LPSO结构的纳米晶-超细晶梯度镁合金的制备方法，其步骤包括：

A、将Mg-Y-Zn合金铸锭进行切割，然后进行连续等通道转角挤压加工，获得均匀的超细晶块材；