[发明专利]一种制备梯度组织纯镁及镁合金的强制性氧化方法

说明书

本发明涉及一种制备梯度组织纯镁及镁合金的强制性氧化方法，首先在退火炉中通入不同体积比的氦气和氧气的混合气体(氦气：氧气＝1:1～1:10)，同时控制退火炉中的炉压(0.1～1MPa)，然后在复合外场下进行退火处理，退火保温时施加超声波(30KHz～50KHz)，随炉冷却时施加电场(5～10KV/m)，获得距表层0～0.5cm时晶粒尺寸为20～100μm，距离表层0.5～1.5cm时晶粒尺寸为100～300μm，距离表层大于1.5时晶粒尺寸大于300μm的梯度组织纯镁及镁合金，提高了材料的硬度、耐氧化性以及耐磨性。本发明使用的设备简单、生产成本低，适合于规模化生产。

技术领域

本发明属于金属热处理领域，具体涉及一种制备梯度组织纯镁及镁合金的强制性氧化方法。

背景技术

镁及镁合金是目前最轻的金属结构材料，它具有密度低、机加工性能好、阻尼减震性能好、导热性能好、比刚度和比强度高、零件尺寸稳定、电磁屏蔽效果好、好回收等一系列优点。镁及镁合金广泛应用于汽车、飞机以及通讯产品，3C产品通讯领域和生物材料医学等领域。因此有人将镁合金誉为“21世纪最具开发前途的绿色工程材料”。

由于镁是比较活泼的元素，在空气中极易氧化，传统的铸造纯镁以及镁合金的耐氧化性比较差，镁合金的表面防氧化腐蚀处理的方法包括化学转化、阳极氧化、镀层、物理气相沉积、激光处理、离子注入等，工艺复杂，成本高且对环境有一定的污染，极大的限制了镁以及镁合金的应用领域。因此有必要开发一种成本较低、无污染且有效的提高镁及镁合金的耐氧化性、硬度以及耐磨性的方法，以拓展镁及镁合金的应用领域，具有重要的意义和必要性。

发明内容

为解决目前纯镁以及镁合金易氧化、硬度以及耐磨性较差的问题，本发明提供一种制备梯度组织纯镁及镁合金的强制性氧化方法。

本发明所述的一种制备梯度组织纯镁及镁合金的强制性氧化方法的具体过程如下：首先在退火炉中通入氦气和氧气的混合气体，同时控制退火炉中的炉压，然后退火炉快速升温至退火温度，在复合外场下对铸态纯镁及镁合金进行退火处理，退火保温时施加超声波，随炉冷却时施加电场，获得梯度组织的纯镁及镁合金，提高了材料的硬度、耐氧化性及耐磨性。

所述在退火炉中通入氦气和氧气的混合气体中氦气：氧气的体积比为1:1～1:10。

所述控制退火炉中的压强为0.1～1MPa。

所述在退火保温时施加超声波的频率为30KHz～50KHz。

所述随炉冷却时施加电场的电流密度为5～10KV/m。

所述退火炉升温速率为100～300℃/min。

所述退火温度为450℃～570℃，保温时间为30min～120min。

所述的梯度组织为距表层0～0.5cm(表层)时晶粒尺寸达到20～100μm，距离表层0.5～1.5cm(内层)时晶粒尺寸达到100～300μm，距离表层大于1.5cm时晶粒尺寸大于300μm。

本发明方法有益效果：

本发明对铸态纯镁及镁合金退火处理过程中加压通氧，使其在高温下获得梯度组织的纯镁及镁合金，进而达到晶粒细化的效果(如图1所示)，从而达到提高其硬度、耐氧化性以及耐磨性的目的。在退火保温过程中施加超声波、冷却过程中施加电场能使氧气充分地进入试样，从而改变纯镁及镁合金表层的晶粒大小以达到提高其硬度、耐氧化性以及耐磨性的目的。晶粒细化产生等轴晶的梯度组织有利于提高其硬度，从而提高材料的耐磨性；高温下氧与镁表层生成的氧化物以及产生晶粒细化的梯度组织有利于隔绝样品再次氧化进而提高耐氧化性。同时本发明具有操作简单、成本低、无污染的优势。

附图说明

图1为实施例4制得的铸态纯镁(99.95wt.％)的金相照片。