[发明专利]一种高性能微合金化Mg-Al-Ca-Mn合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高性能微合金化Mg‑Al‑Ca‑Mn合金及其制备方法，它包括：对Mg‑Al‑Ca‑Mn合金板材进行热挤压处理和高压直流电处理两个步骤。本发明提供的方法促进了Mg‑Al‑Ca‑Mn合金的再结晶、细化了晶粒，加速了元素扩散，同时析出了溶质原子团聚区(GP区)，处理后样品的抗拉强度≥239MPa，延伸率≥8.9％。与传统固溶+时效处理(T6)相比，本发明同步提高了材料的强塑性。本发明省略了耗时较长的固溶、淬火、时效等工序，缩短了工艺流程，节约了时间和工艺成本，对镁合金的工业化生产具有重要意义。

技术领域

本发明涉及镁合金领域，特别涉及一种高性能微合金化Mg-Al-Ca-Mn合金及其制备方法。

背景技术

镁合金因其密度低、比强度高、生物相容性好等独特的天然优势而受到越来越多的关注，这使其在飞机、汽车和生物医学等领域具有巨大的应用潜力。Mg-Al-Ca-Mn合金被认为是一种很有前途的材料，因为它具有良好的时效硬化特性和快速成型性能。固溶处理和时效处理是改善镁合金力学性能和机械加工性能的常用方法。固溶处理可以促进Mg-Al-Ca-Mn合金中Al、Ca等元素的溶入，从而得到过饱和固溶体；淬火后进行时效处理，在特定的温度下保温一定时间，溶质原子会从基体中析出并形成溶质原子团聚区GP区，它们可以通过阻碍位错运动来提高合金的力学性能。

传统的固溶、时效处理需要在管式炉等热处理设备中进行，经历固溶-淬火-人工时效等工序，耗费大量的时间和能源，这极大地降低了生产效率，增加了成本。此外镁合金熔点较低，在高温下容易产生氧化、过烧、弯曲与变形、晶粒过度长大等问题，这些问题往往导致合金的综合力学性能变差。

如何提高镁合金热处理的效率、避免产生缺陷和提高合金力学性能是目前亟待解决的技术难题。

发明内容

为了解决上述技术难题，本发明提供了一种高性能微合金化Mg-Al-Ca-Mn合金及其制备方法，通过合金组分以及工艺的协同作用，使样品获得优于传统固溶时效处理(T6)样品的力学性能。本发明省略了传统热处理耗时较长的固溶、淬火、时效等工序，缩短了工艺流程，降低了生产成本，有利于强化镁合金的产业化生产。

本发明提供了一种高性能微合金化Mg-Al-Ca-Mn合金，它的制备方法包括如下步骤：

(1)热挤压处理

先将挤压模具和Mg-Al-Ca-Mn合金在420-450℃保温10-30min；然后将合金在400-440℃的温度下挤压10-45s，其中挤压速度为5-10m/min，挤压比为20-30:1，获得挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金；

(2)高压直流电处理

对步骤(1)获得的Mg-Al-Ca-Mn合金进行线切割加工、砂纸打磨光亮后，采用铜片压紧样品进行固定，再进行高压直流电处理，所述高压直流电处理为：电压为1-6kV，电流为0.02-0.6A，处理时间为2-10s，处理次数为1-5次，获得高性能微合金化Mg-Al-Ca-Mn合金。

进一步地，步骤(1)所述的模具和Mg-Al-Ca-Mn合金在430-440℃保温。

进一步地，步骤(1)所述保温时间为15-20min。

进一步地，步骤(1)所述的是在420-430℃的温度下挤压。

进一步地，步骤(2)所述的电压为4-6kV。

进一步地，步骤(2)所述的电流为0.2-0.4A。

进一步地，步骤(2)所述处理时间为5-7s。

进一步地，步骤(2)所述处理次数为2-4次。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：