[发明专利]一种自生准晶增强型镁合金材料的制备方法

权利要求书

1.一种自生准晶增强型镁合金材料的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁、锌、镁钇中间合金、氧化锌、去离子水、水玻璃、丙酮、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

镁：Mg纯度99.9% 1500g±0.1g

锌：Zn纯度99.9% 300g±0.1g

镁钇中间合金：Mg_89.5Y_10.5 纯度99.9% 230g±0.1g

氧化锌：ZnO 50g±1g

去离子水：H₂O 500mL±1mL

水玻璃：Na₂SiO₃·9H₂O 10g±1g

丙酮：C₃H₆O 1000mL±10 mL

氩气：Ar 800000cm³±100cm³

制备方法如下：

（1）制备开合式模具

①制备开合式浇铸模具

开合式浇铸模具用不锈钢材料制作，模具型腔呈矩形，型腔尺寸为120mm×30mm×50mm，型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm；

②制备开合式挤压模具

开合式挤压模具用铬钼钢制作，模具型腔呈矩形，型腔尺寸为120mm×30mm×50mm，型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm；

（2）配制涂覆剂

称取氧化锌50g±1g、水玻璃10g±1g，量取去离子水500mL±1mL，加入混浆机中进行搅拌，搅拌转数50r/min，搅拌时间80min；搅拌后成乳白色悬浮状液体，即涂覆剂；

（3）预处理镁、锌、镁钇中间合金

①将镁、锌、镁钇中间合金用机械切制成小块体，小块体尺寸≤50mm×50mm×50mm；

②预热，将金属块置于加热炉内预热，预热温度180℃，预热时间30min；

（4）熔炼制备自生准晶增强型镁合金材料

自生准晶增强型镁合金材料的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热、抽真空、氩气底吹、浇铸成型过程中完成的；

① 打开真空熔炼炉，清理石墨熔炼坩埚内部，并用丙酮清洗，使坩埚内部洁净；将镁块1500g±0.1g置于坩埚底部；

②关闭中频感应熔炼炉，并密闭；

开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强≤1Pa；

③在石墨坩埚底部通入氩气底吹管，向坩埚内输入氩气，氩气底吹速度300cm³/min，使炉内压强恒定在1个大气压，并由出气管阀调控；

④开启中频感应加热器，开始加热，加热温度750℃±2℃，加热、氩气底吹时间10min；

⑤将镁钇中间合金230±0.1g从真空熔炼炉的送料口输送至熔炼坩埚内；继续加热熔炼，继续用搅拌器搅拌，时间为10min；

⑥将锌块300g±0.1g从真空熔炼炉的送料口输送至熔炼坩埚内；继续加热熔炼，继续用搅拌器搅拌，时间为10min，成合金熔液；

⑦电磁搅拌

停止加热，使坩埚内的镁合金熔液温度冷却至580℃保温，并用电磁搅拌器进行搅拌，搅拌时间为2min；

合金熔液在电磁搅拌过程中，成半固态状；

⑧浇铸成型

将合金液对准预热到200℃的浇铸模具型腔，铸满为止，即完成了浇铸成型；

⑨保温，将浇铸成型得到的半固态浆料在保温炉中保温，保温温度为580℃；

（5）挤压成型

挤压成型是在立式挤压铸造机上进行的；

将开合式挤压模具凹模垂直置于挤压机的工作台上；

将在保温炉中保温的半固态浆料浇入到挤压模具的凹模中；

将凸模垂直于挤压机上部，并对准凹模；

开启挤压机，凸模垂直对凹模内的铸件进行挤压，挤压压强为100MPa，保压时间20s；挤压后即为自生准晶增强型镁合金材料；

（6）脱模、冷却

挤压后继续施压，使铸件脱出，在空气中冷却至25℃；

（7）固溶处理

将自生准晶增强型镁合金材料块体置于真空热处理炉内进行热处理，热处理温度500℃，真空度2Pa，恒温保温4h；恒温保温后，迅速将铸件放到60℃的水中进行淬火处理，淬火时间20s；

（8）时效处理

将淬火后的铸件置于另一热处理炉内进行时效处理，时效温度为180℃，保温时间为10h；保温后，停止加热，随热处理炉冷却至25℃：

（9）检测、分析、表征

对制备的自生准晶增强型镁合金材料的形貌、色泽、金相组织、力学性能进行检测、分析、表征；

用扫描电镜进行形貌分析；

用金相分析仪进行金相组织分析；

用X射线衍射仪进行XRD分析；

用微机控制电子万能试验机进行抗拉强度分析；

用维氏显微硬度计进行硬度分析；

结论：自生准晶增强型镁合金材料为块体，硬度达98.9HV，抗拉强度达297MPa，延伸率达9.2%。