[发明专利]一种含铝和钛的高强度镁合金薄板的制备方法

权利要求书

1.一种含铝和钛的高强度镁合金薄板的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁、锌、铝、钛、镁钆中间合金、氧化镁、水玻璃、去离子水、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

制备方法如下：

(1)预处理固态块体材料

①切块，将镁、锌、镁钆中间合金置于钢质平板上，用机械切制成块，块体尺寸≤20mm×20mm×20mm；

②切块后对镁、锌、镁钆中间合金用无水乙醇进行清洗；

③清洗后置于真空干燥箱中预热干燥，预热干燥温度120℃，真空度2Pa，干燥时间40min；

(2)配制涂覆剂

称取氧化镁50g±1g，量取水玻璃10mL±1mL,、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)制备开合式模具

开合式模具用不锈钢材料制作，模具型腔呈矩形，型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm；

(4)熔炼制备镁合金锭

镁合金锭的熔炼是在真空熔炼炉中进行的，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预处理开合式模具

用无水乙醇清洗开合式模具型腔，使之洁净；

用配制的涂覆剂均匀涂覆开合式模具型腔表面，表面涂覆层厚度0.5mm；

将开合式模具置于干燥箱中预热，预热温度150℃，预热时间30min；

②打开真空熔炼炉，清理熔炼坩埚内部，并用无水乙醇进行清洗，使坩埚内部洁净；

③称取镁块1410g±0.01g、锌块30g±0.01g、铝块12g±0.01g、钛粉20g±0.01g、镁钆中间合金块1530g±0.01g，置于坩埚底部；

④关闭真空熔炼炉，并密闭；

开启真空泵，抽取炉内空气，并使炉内压强达2Pa；

开启中频感应加热器，开始加热，加热温度750℃±1℃，加热熔炼时间60min；

⑤在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150cm³/min，使炉内压强恒定在1个大气压，并由出气管阀调控；

镁、锌、铝、钛、镁钆中间合金在熔炼过程中将发生合金化反应，反应式如下：

式中：(Mg,Zn)₃Gd：镁钆锌共晶相

Mg₁₂Gd(Al,Zn)：长周期结构相

Al₂Gd：铝钆共晶相

Al₁₁Gd：铝钆共晶相

α-Mg：基体相

α-Ti：基体相

熔炼后成合金熔液，加热温度降至720℃±1℃，在此温度恒温保温10min；

⑥浇铸

关闭氩气底吹管；

打开真空熔炼炉；

除去熔炼坩埚内熔液表面熔渣；

对准预热的开合式模具浇口，进行浇铸，铸满为止；

⑦冷却，将浇铸了合金熔液的开合式模具放入真空冷却炉内冷却，真空度2Pa，冷却温度20℃；

⑧开模，打开开合式模具，取出铸件，即镁合金锭；

(5)均匀化处理镁合金锭

将制备的镁合金锭置于热处理炉中进行均匀化处理，均匀化温度为520℃，恒温保温时间为10h，通入氩气进行保护，氩气通入速度为100cm³/min；恒温保温后，将镁合金锭快速置于40℃的温水中进行冷却处理，冷却时间为45s；

镁钆锌共晶相、铝钆共晶相、长周期结构相、基体相在均匀化处理过程中将发生相变反应，反应式如下：

(6)轧制镁合金板

镁合金板的轧制是在双辊轧机上进行的，是在板坯加热、轧辊加压、材料变形过程中完成的；

调整好上轧辊和下轧辊之间的距离；

开启轧机的双辊转动机构，上轧辊的转动方向为顺时针方向，下轧辊的转动方向为逆时针方向，转速为10r/min；

将均匀化处理后的镁合金锭机械切割为8.2mm厚的板坯，将板坯置于500℃的热处理炉中保温30min，之后进行从右至左14个道次轧制，每道次轧制变形量约10％，道次间将薄板置于热处理炉中保温8min；

最终轧制变形总量为78％，镁合金薄板厚度为1.8mm；

(7)将镁合金薄板置于热处理炉中进行时效处理，时效温度为220℃，恒温保温时间为33h；然后将镁合金薄板快速置于20℃的水中进行冷却处理，冷却时间为30s，冷却后为含铝和钛的高强度镁合金薄板；

(8)清理、清洗镁合金薄板

将含铝和钛的高强度镁合金薄板置于钢质平板上，用细砂纸打磨正反表面及周边，使表面光洁；

然后用无水乙醇清洗各部，使其洁净；

(9)真空干燥镁合金薄板

将含铝和钛的高强度镁合金薄板置于真空干燥箱中，干燥温度100℃，真空度2Pa，干燥时间10min，成终产物；

(10)检测、分析、表征

对制备的含铝和钛的高强度镁合金薄板的形貌、金相组织、力学性能进行检测、分析、表征；

用金相分析仪进行金相组织分析；

用微机控制电子万能试验机进行抗拉强度分析；

结论：含铝和钛的高强度镁合金薄板为深灰色薄板，金相组织中再结晶晶粒分布均匀，晶粒细小，主要含有α-Mg基体相、α-Ti基体相、铝钆共晶相Al₂Gd、错综分布的栾晶、长周期结构相Mg₁₂Gd(Al,Zn)，合金抗拉强度达484Mpa，延伸率5.3％。

2.根据权利要求1所述的一种含铝和钛的高强度镁合金薄板的制备方法，其特征在于：镁合金薄板的轧制是在双辊轧机上进行的，是在板坯加热、轧辊加压、材料变形过程中完成的；

双辊轧机为立式，双辊轧机底座7的右上部为双辊轧机电控箱13，双辊轧机电控箱13上设有双辊间距调节器8、轧辊工作指示灯9、双辊轧机电源指示灯10、轧辊转动控制器11、双辊轧机电源开关12；在双辊轧机底座1的左上部为下轧辊加热转动机构6，下轧辊加热转动机构6联接下轧辊5；在双辊轧机顶座1下部设有上轧辊加热转动机构2，上轧辊加热转动机构2联接上轧辊3；上轧辊3和下轧辊5之间为镁合金薄板4；镁合金薄板4的轧制方向为由右向左。