[发明专利]一种多尺度析出层片结构镁合金的制备方法

说明书

一种多尺度析出层片结构镁合金的制备方法，包含：预处理，浇铸和多尺度析出等工序，选用两种或多种不同强化效果行为的的镁合金，进行固液镶嵌铸造，形成多层复合镁合金。再通过轧制及后续时效处理，在各层片之间形成多尺度析出相，获得多尺度析出强化层片结构镁合金复合材料。制得的合金在一定程度上兼得软相和硬相的韧性和强度，获得综合性能出色的高强高韧双系或多系析出强化镁合金。析出强化镁合金具有较好的耐热性能，且韧性远远高于常规均匀析出的镁合金。且混合析出微观结构无明显的方向性，适于在多向受力部件上应用。

技术领域

本发明涉及一种多尺度析出层片结构镁合金的制备方法，具体是一种采用镶嵌铸造，固液结合两种或两种以上具有不同析出强化效果的镁合金，并对制得的材料进行时效处理，利用镁合金的不同时效析出行为，获得多尺度析出多层镁合金的制备方法。

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。大量研究表明，通过添加稀土合金元素，引入析出强化，是目前镁合金最有效的强化机制之一。稀土元素在镁合金基体中形成高密度纳米级的析出相，对位错运动产生强烈的阻碍作用，从而大幅度的提高镁合金的强度。此外，析出强化镁合金的析出相，在高温时比晶界的稳定性更高，因此，析出强化的镁合金在高温变形时，往往具有更高，更稳定的力学性能。但是，已有的研究结果表明，金属材料中位错的产生具有显著的尺寸效应。以纳米晶为例，当晶粒尺寸小于100nm时，纳米晶内部就很难产生大量的位错。而时效强化镁合金的析出相的间距通常只有几十纳米，弥散分布的析出相将粗大的晶粒分割成许多纳米单元，在这些单元里位错难以形成和运动。因此，通过时效析出强化的镁合金材料的韧性会出现大幅降低，大大限制了析出强化镁合金在实际生产中的应用。

经对现有技术的文献检索发现，K.Wu等人在《Materials Science andEngineering A》材料科学与工程A[J],527(2010)3073Engi上发表的“Microstructure andmechanical properties of the Mg/Al laminated composite fabricated byaccumulative roll bonding(ARB)”(采用累积叠扎(ARB)制备的Mg/Al多层复合材料的力学性能和微观结构研究)一文中，介绍了一种采用累积叠扎制备Mg/Al多层复合材料。该技术的特点如下：(1)所制备的材料，层数可控，且可加工出大尺寸样品，适用于工业应用；(2)加工工艺简单，可操作性强；(3)通过叠扎复合制备的材料，其屈服强度提高显著。但是，由于镁合金本身的变形能力很差，通过累积叠扎制备的层片状Mg/Al合金需要在高温下进行，技术上存在以下问题：(1)难以控制界面的氧化；(2)高温易于使晶粒尺寸发生长大，无法得到纳米级或亚微米级的晶粒；(3)层片状Mg/Al复合材料的强韧化性能具有明显的方向性，限制了其在很多对多向受力有要求的部件上的应用。

进一步，检索发现，X.L.Wu等人在《Proceedings of the National Academy ofSciences of the United States of America》美国科学院院报，2015，47：14501-14505上发表的“表的01-14505es of Americanal Academy of Sultrafine-grain strength withcoarse-grain ductility”(高强高韧粗细晶混合层片状结构材料)一文中，介绍了一种通过变形和热处理等工艺，调控纯Ti的微观结构至超细晶与粗晶混合的状态，综合利用超细晶的超高强度和粗晶的超高韧性，以及由粗细两种不同结构变形行为不一致性诱发的背应力强化，制备出强度接近1GPa，均匀延伸率10％左右的高强高韧纯Ti板材。该技术的特点是：(1)制得的多晶粒尺度块体板材，不存在界面氧化夹杂等问题；(2)通过不同工艺控制混晶的比例、层厚等微观结构，从而获得不同力学性能的高强高韧Ti板材。但是，这种方式制备的混晶材料组元较为单一，且耐热性较差。

发明内容