[发明专利]一种高热稳定性混晶结构镁合金及可控性制备方法与应用

说明书

本发明涉及金属材料制备领域，具体涉及一种高热稳定性混晶结构镁合金及可控性制备方法与应用，包括：(1)将镁基粉末和Ti粉末一起进行机械球磨，得到Ti颗粒增强纳米晶镁合金粉末A；(2)向粉末A中加入镁基粉末，进行机械混合，得到Ti颗粒增强纳米晶镁合金粉末与微米晶镁基粉末的混合粉末B；(3)将粉末B进行压制成形，得到坯料；(4)将步骤(3)中的坯料进行挤压，即得。该方法是基于粉末冶金工艺制备Ti颗粒增强混晶结构镁合金，能够实现纳米/亚微米与微米尺度晶粒均匀混合与可控性制备，超细晶组织内弥散分布的Ti颗粒能够改善材料的组织热稳定性，满足镁合金材料多样化的性能需求。

技术领域

本发明涉及金属材料制备领域，具体涉及一种高热稳定性混晶结构镁合金及可控性制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

金属镁密度低、比强度比刚度高、阻尼性能优异，镁合金已经应用于汽车、轨道交通和航空航天等领域，能够实现轻量化，进而有效的提高能源的利用效率，减少环境污染。金属镁强度性能较低，并且密排六方(HCP)结构的镁塑性较差，限制了镁合金在高端结构材料领域的应用。目前，镁合金技术创新重点集中于高强高韧化，研究开发比传统镁合金具有更高强度、塑性与耐热性的新型镁合金，成为推动镁合金材料向高端结构材料应用亟待解决的关键问题。

在金属结构材料中，强度和塑性都是非常重要的性能指标。目前，在提高镁合金室温强度方面，细化晶粒是非常有效的方法。通常，金属材料屈服应力σ与晶粒尺寸d两者遵循Hall-Petch关系：σ＝σ₀+k·d^-1/2，密排六方结构的金属镁滑移系较少，其Hall-Petch系数k值较高，因此细化晶粒能够产生较强的室温强化效果。同时，对于微米尺度镁合金而言，可以发生位错主导的塑性变形，晶粒的细化促进材料发生均匀的塑性变形，从而有效避免局部应力集中引发的裂纹，使得材料塑性得到改善。纳米/亚微米与微米尺度晶粒混合的微观组织结构(混晶结构)，可以综合利用纳米/亚微米尺度晶粒组织的高强度及微米尺度晶粒组织的高塑性。

常见的混晶结构镁合金制备方法为剧烈塑性变形与热处理工艺相结合。现有技术中公开了一种制备高强塑性混晶结构镁合金的方法，首先对Mg合金挤压板材进行均质化处理，随后通过等径角挤压、多道次冷轧获得混晶结构镁合金；现有技术还公开了一种具有混晶结构的镁合金材料及其制备方法，采用搅拌摩擦加工装置在温度为-196～26℃条件下对填有粉末(氮化钒、碳化硅或二硼化钛一种或多种的混合粉末)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；目前，还出现了兼具混晶结构与非基面织构的变形镁合金板材的制备方法，通过对变形镁合金板材进行热轧-剪切-连续弯曲及热处理工艺实现了混晶结构镁合金的制备。然而，基于塑性变形与热处理制备混晶结构材料，组织构型的可控性较差，无法满足对材料强度和塑性差异性、个性化的需求。

粉末冶金作为一种固相成形工艺，通过机械球磨、机械搅拌等对粉末进行预处理，在制备混晶结构金属材料领域，已有相关的研究报道。如：一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金及制法，通过高能球磨结合热压烧结技术得到具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金；美国Han B Q等人将球磨与未球磨铝合金粉末均匀混合，经固结成形获得了超细晶和微米晶构成的混晶组织。将粉末冶金应用于混晶结构镁合金制备中，将有助于解决组织构型可控性较差的问题，但与此同时，混晶结构中超细晶组织热稳定性差，特别是超细晶镁合金，极易在热环境中发生晶粒长大，破坏设计的混晶结构，无法满足预期的性能要求。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种高热稳定性混晶结构镁合金及可控性制备方法与应用，该方法是基于粉末冶金工艺制备Ti颗粒增强混晶结构镁合金，能够实现纳米/亚微米与微米尺度晶粒均匀混合与可控性制备，超细晶组织内弥散分布的Ti颗粒能够改善材料的组织热稳定性，满足镁合金材料多样化的性能需求，具有重要的研究意义和应用价值。