[发明专利]一种具有混晶结构的镁合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有混晶结构的镁合金材料及其制备方法，包括在镁合金板材表面加工多个盲孔，在盲孔内加入粉末A，采用搅拌摩擦加工装置在温度为‑196～26℃条件下对填有粉末A的镁合金板材进行搅拌摩擦加工，并对加工后的板材进行热处理即得。所述的粉末A为氮化钒、碳化硅或二硼化钛一种或多种的混合粉末。制备方法引入控制冷却方式的搅拌摩擦加工过程、第二相颗粒的添加和后续热处理工艺的相结合以实现混晶结构材料的制备。该方法便于操作，制备出的混晶结构材料具有优异的强度和塑性综合力学性能。

技术领域

本发明属于金属材料加工制备领域，具体涉及一种具有混晶结构的镁合金材料及其制备方法。

背景技术

近年来，镁合金在汽车、航空航天和医疗器械等领域获得广泛应用，被誉为21世纪的绿色工程材料。值得关注的是，镁合金与人体骨骼在密度、弹性模量等方面的物理性能近似，因此成为最有潜力的医用可降解金属材料，但强度低、塑性差的缺点严重制约着镁合金的发展与应用。

目前，通过采用剧烈塑性变形技术实现晶粒细化从而提高镁合金的强度和塑性，但该技术在提高强度的同时会导致塑性大幅度丧失。根据细晶强化理论，材料的屈服强度与晶粒大小之间存在霍尔佩奇关系，(σ_y代表材料的屈服强度，σ₀代表移动单个位错时产生的晶格摩擦阻力，K为与材料有关的常数，d为晶粒直径)，晶粒尺寸越小，材料的强度越高。但提高强度的同时，材料的塑性会越来越差。这是因为细晶容纳可动位错的空间减少，导致材料加工硬化能力降低。因此，研究者提出了“混晶结构”以期解决同时提高镁合金材料的强度和塑性，即利用粗晶为材料提供良好的塑性，利用细晶为材料提供良好的强度。这种粗晶细晶混合均匀相互配合的微观组织结构对于提高镁合金材料的强度和塑性具有很大的作用。然而，如何制备具有混晶结构的镁合金材料目前还属于探索阶段，尚未发现具体的制备技术。

发明内容

针对混晶结构镁合金制备技术的空白，本发明提出一种具有混晶结构的镁合金材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种具有混晶结构的镁合金材料及其制备方法，包括在镁合金板材表面加工多个盲孔，在盲孔内加入粉末A，采用搅拌摩擦加工装置在温度为-196～26℃条件下对填有粉末A的镁合金板材进行搅拌摩擦加工，并对加工后的板材进行热处理即得，所述的粉末A为氮化钒(VN)、碳化硅(SiC)或二硼化钛(TiB₂)一种或多种的混合粉末。

进一步地，所述的盲孔为圆柱形，盲孔直径D为1～3mm，每排盲孔间距a为4～6mm，每列盲孔间距b为7～9mm。

进一步地，所述的搅拌摩擦加工过程中使用的搅拌头包括轴肩和搅拌针，所述的轴肩和搅拌针均为圆柱形。

进一步地，所述的镁合金板材厚度为1～10mm，搅拌头轴肩直径为8～30mm；搅拌针直径大于盲孔直径0.5～2mm，即搅拌针直径为1.5～5mm，搅拌针长度小于镁合金板材厚度0.2～0.5mm，即搅拌针长度为0.8～9.5mm，所述盲孔深度h小于搅拌针长度0～1mm，即盲孔深度为0.8～8.5mm。

进一步地，所述的搅拌摩擦加工参数：搅拌头转速为600～1500rpm，前进速度为20～40mm/min，轴肩下压量为0.1～0.3mm。

进一步地，所述的热处理温度为0.35T_m～0.45T_m，其中，T_m表示材料熔点，所述的保温时间为10～30min。

进一步地，具体包括：

在镁合金板材表面上加工并排多列的多个盲孔，在盲孔内加入氮化钒，采用搅拌摩擦加工装置在温度为5～26℃条件下对填有氮化钒的镁合金板材进行搅拌摩擦加工，并对加工后的板材进行热处理即得。