[发明专利]一种纳米增强镁合金及其制备方法

说明书

一种纳米增强镁合金及其制备方法，本发明采用在镁合金中掺入纳米添加物，得到了一种高强度的镁合金，所得到的镁合金的平均晶粒在100纳米以下，合金的屈服强度可达450MPa以上。该镁合金通过熔炼、掺入纳米颗粒并分散、冷却、扭曲变形、异步轧制等步骤制备而成。

技术领域

本发明涉及一种高强度镁合金及其制备方法，尤其是一种纳米添加物增强镁合金及其制备方法。

背景技术

作为航空航天结构材料，一方面要求材料的强度高，另一方面要求材料的密度小。镁合金是一种密度非常小的的金属材料，但是由于镁合金的原子结构特点，其塑性差，目前的加工手段不能得到高强度的材料。如何提高镁合金的强度，是当前人们研究的焦点。

中国专利CN 103031452 A公开了一种碳化硅颗粒增强镁基复合材料及制备方法，该发明以纯Mg粉末、Al粉末和SiC颗粒微粉为原材料，采用粉末冶金和多向锻造法制备碳化硅颗粒增强镁基复合材料。通过粉末冶金和多向锻造两种成型方法，使镁合金基体与SiC颗粒之间具有良好的浸润性和结合性，而且消除了粉末冶金成型过程中残留在材料内部的孔隙，最终获得了SiC颗粒均匀分布，镁合金基体晶粒细小的镁基复合材料，使该复合材料具有更好的力学性能。该发明的镁合金的抗拉强度低于200MPa。

中国专利104109790A提供了一种高强镁合金材料及其制备方法，该镁合金材料组分中包含铝(Al)，锌(Zn)，氯化锰(MnCl₂)，碳化硅(SiC)晶粒，铍(Be)，镁(Mg)，其中，镁合金材料各组分组成按重量百分比分别为：铝(Al)：10.5-12％，锌(Zn)：6-7％，氯化锰(MnCl₂)：0.6-1.5％，碳化硅(SiC)晶粒：2-3.5％，铍(Be)：0.01-0.03％，余量为镁(Mg)。该合金通过连续铸造的方式取代传统的挤压工艺，以短流程的方式完成镁合金的生产，缩短了生产流程，节约了成本，所制备的镁合金材料相比于传统的镁合金材料，在抗拉强度、屈服强度、延伸率、弹性模量、硬度等方面均得到明显改善。

中国专利 102766774A提供了一种镁合金掺杂SiC颗粒的增强方法，针对镁合金模量低、强度低、易磨损、耐高温性能差、热膨胀系数高的情况，采用在熔炼镁合金块过程中掺杂细碳化硅和粗碳化硅颗粒，然后进行浇铸、加压和热挤压成型，大幅度提高镁合金的屈服强度、硬度和耐磨性能，使屈服强度达328MPa±2MPa，硬度达120HV±5HV，耐磨性提高了80%。

以上发明都致力于提高镁合金的性能特别是强度性能，将镁合金的室温屈服强度提高到了300多兆帕。不过，当前的钢铁、钛合金、铝合金等材料的强度一般都在400兆帕以上，镁合金的强度与这些常用的工程材料还有一定的差距。

发明内容：

发明目的：为了拓展镁合金的应用领域，发挥其低密度的优点，本发明提供了一种高强度镁合金及其制备方法。

本发明的技术方案如下 :

采用在纳米颗粒增强的方法，在熔炼的过程中向镁合金中掺入添加物，分散均匀，缓慢冷却并抽真空让纳米颗粒进一步提高浓度，然后在高压下采用扭曲变形的方式，进一步细化晶粒，提高合金的强度。根据本发明，可以制备一种纳米颗粒增强的高强镁合金。其显微组织中的平均晶粒直径在60纳米以下，纳米颗粒的直径在100纳米以下，镁合金的屈服强度在450MPa以上。

具体制备方法包括以下步骤：

（1）准备原料：准备99.9%以上的高纯镁与高纯合金元素，以及平均粒径为100纳米以下的纳米添加物；

（2）熔炼合金： 将高纯镁与合金元素按照一定的原子比例配料，在保护气氛中熔炼，熔炼过程中加入纳米添加物，保持温度在700 °C，采用超声的方法进行分散；

（3）对合金锭进行缓慢冷却，在冷却的过程中保持抽真空状态，真空度低于5torr；