本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鎂鋅合金的制備技術(shù)，特別是涉及一種單相過(guò)飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法。

背景技術(shù)：

鎂鋅系合金是一類(lèi)重要的鎂合金，通常具有較高的力學(xué)性能。在研究和工業(yè)生產(chǎn)中，希望得到顯微組織為單相過(guò)飽和固溶體的鎂鋅合金，由于固溶強(qiáng)化的作用合金具有較高的強(qiáng)度，又由于沒(méi)有第二相存在，在變形過(guò)程中也具有較高的塑性，并且鋅完全固溶在鎂基體中既可以提高基體的電極電位，也沒(méi)有相界面處發(fā)生內(nèi)電偶腐蝕的問(wèn)題，可以大大提高鎂鋅合金的耐蝕性，在平衡條件下，鋅在鎂中最大溶解度約為質(zhì)量百分比6%(在325℃時(shí))，因此理論上，在鎂鋅體系中，含Zn 6wt.%的單相的鎂鋅合金具有優(yōu)異的綜合性能，單相過(guò)飽和固溶體鎂鋅合金具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。但是在實(shí)際的制備條件下，金屬溶液凝固過(guò)程中會(huì)從液相中析出塊狀共晶，隨著鋅含量的增加，這些共晶組織的數(shù)量增多，形成雙相甚至多相的顯微組織，粗大的塊狀第二相在容易造成強(qiáng)度低和成形性能差的問(wèn)題。傳統(tǒng)解決這一問(wèn)題的方法通常是采用均勻化熱處理以改善顯微組織，其原理是將鎂鋅合金加熱到300至350℃，并長(zhǎng)時(shí)間保溫，讓塊狀共晶分解和溶解，然而這種方法存在兩個(gè)不足，一是長(zhǎng)時(shí)間加熱造成晶粒粗大，材料力學(xué)性能和加工性能下降，二是即使長(zhǎng)時(shí)間均勻化處理也很難將第二相完全溶解在基體中，很難得到單相過(guò)飽和固溶體的組織。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)均勻化熱處理促使共晶分解方法中出現(xiàn)的長(zhǎng)時(shí)間加熱造成晶粒粗大、力學(xué)性能和加工性能下降、第二相在基體中溶解度差等不足，提出一種單相過(guò)飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法，可獲得單相過(guò)飽和固溶體組織，可進(jìn)一步細(xì)化晶粒，提高材料力學(xué)性能和加工性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種單相過(guò)飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法，其特征在于，包括如下操作步驟：

(1)將金屬鎂和金屬鋅熔化成液態(tài)金屬；

(2)對(duì)步驟(1)中的液態(tài)金屬進(jìn)行攪拌、精煉處理得到精煉液態(tài)金屬，金屬液熔化后機(jī)械攪拌3～5分鐘，隨后靜置等熔渣上浮后將熔渣去除；

(3)將步驟(2)中的精煉液態(tài)金屬澆鑄成合金鑄錠；

(4)將步驟(3)中獲得的合金鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理和劇烈塑性變形，均勻化處理溫度為300～350℃，時(shí)間為2～6小時(shí)；

(5)將步驟(4)中經(jīng)過(guò)劇烈塑性變形處理后的鎂鋅合金進(jìn)行固溶處理，熱處理溫度為300～325℃，到達(dá)溫度后保溫2～4小時(shí)，隨后將試樣取出后在空氣或水中進(jìn)行快速冷卻到室溫，即可得到單相過(guò)飽和固溶體的顯微組織。

步驟(3)中所述合金鑄錠中鋅元素含量低于總質(zhì)量的6.0%。

步驟(4)中所述劇烈塑性變形為劇烈塑性變形工藝采用等通道擠壓、往復(fù)擠壓等方法，累計(jì)變形量在400%以上。

步驟(5)中所述保溫的時(shí)間根據(jù)試樣尺寸和形狀決定。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提出的一種單相過(guò)飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法，制備原理清晰，由于溶質(zhì)原子鋅在鎂基體中的擴(kuò)散速度慢，擴(kuò)散距離長(zhǎng)，而本發(fā)明通過(guò)對(duì)鎂鋅合金進(jìn)行劇烈塑性變形處理，當(dāng)應(yīng)變量足夠大時(shí)，原先粗大的第二相破碎成小顆粒，同時(shí)晶粒會(huì)顯著細(xì)化并有大量位錯(cuò)、空位等晶體缺陷。單位體積內(nèi)相界面數(shù)量越多，擴(kuò)散速度越快，并且溶質(zhì)原子需要擴(kuò)散的距離越短，大量晶粒缺陷對(duì)于鋅在基體中的擴(kuò)散非常有利，而在隨后的熱處理過(guò)程中，第二相的溶解速度大大加快，進(jìn)一步細(xì)化了晶粒，獲得了單相過(guò)飽和固溶體的鎂鋅合金，提高了材料的力學(xué)性能和加工性能。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明在鑄態(tài)狀態(tài)下Mg-5%wt.Zn合金電子掃描顯微圖。

圖2是本發(fā)明在350℃、4小時(shí)鑄態(tài)下均勻化熱處理的電子掃描顯微圖。

圖3是本發(fā)明在200℃、4道次等通道轉(zhuǎn)角擠壓處理的電子掃描顯微圖。

圖4是本發(fā)明在200℃、4道次等通道轉(zhuǎn)角擠壓處理后再進(jìn)行350℃、4小時(shí)均勻化熱處理的電子掃描顯微圖。

圖5是本發(fā)明在鑄態(tài)狀態(tài)下Mg-6%wt.Zn合金電子掃描顯微圖。

圖6是本發(fā)明在350℃、4小時(shí)鑄態(tài)下均勻化熱處理的電子掃描顯微圖。

圖7是本發(fā)明在200℃、6道次等通道轉(zhuǎn)角擠壓處理的電子掃描顯微圖。

圖8是本發(fā)明在200℃、6道次等通道轉(zhuǎn)角擠壓處理后再進(jìn)行350℃、4小時(shí)均勻化熱處理的電子掃描顯微圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

一種單相過(guò)飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法，包括如下操作步驟：

(1)將金屬鎂和金屬鋅熔化成液態(tài)金屬；

(2)對(duì)步驟(1)中的液態(tài)金屬進(jìn)行攪拌、精煉處理得到精煉液態(tài)金屬，金屬液熔化后機(jī)械攪拌3～5分鐘，隨后靜置等熔渣上浮后將熔渣去除；

(3)將步驟(2)中的精煉液態(tài)金屬澆鑄成合金鑄錠；

(4)將步驟(3)中獲得的合金鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理和劇烈塑性變形，均勻化處理溫度為300～350℃，時(shí)間為2～6小時(shí)；

(5)將步驟(4)中經(jīng)過(guò)劇烈塑性變形處理后的鎂鋅合金進(jìn)行固溶處理，熱處理溫度為300～325℃，到達(dá)溫度后保溫2～4小時(shí)，隨后將試樣取出后在空氣或水中進(jìn)行快速冷卻到室溫，即可得到單相過(guò)飽和固溶體的顯微組織。

一種單相過(guò)飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法，步驟(3)中所述合金鑄錠中鋅元素含量低于總質(zhì)量的6.0%；步驟(4)中所述劇烈塑性變形為劇烈塑性變形工藝采用等通道擠壓、往復(fù)擠壓等方法，累計(jì)變形量在400%以上；步驟(5)中所述保溫的時(shí)間根據(jù)試樣尺寸和形狀決定。

一種單相過(guò)飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法的原理如下：對(duì)鎂鋅合金先進(jìn)行劇烈塑性變形處理，當(dāng)應(yīng)變量足夠大時(shí)，原先粗大的第二相破碎成小顆粒，同時(shí)晶粒會(huì)顯著細(xì)化并有大量位錯(cuò)、空位等晶體缺陷。單位體積內(nèi)相界面數(shù)量越多，擴(kuò)散速度越快，并且溶質(zhì)原子需要擴(kuò)散的距離越短，材料中大量晶粒缺陷對(duì)于鋅在基體中的擴(kuò)散非常有利。在隨后的熱處理過(guò)程中，第二相的溶解速度大大加快，從而得到單相過(guò)飽和固溶體的鎂鋅合金。

實(shí)施例1：

如圖1～4所示，一種單相過(guò)飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法，Mg-5%wt.Zn合金鑄造后的形成塊狀共晶，經(jīng)過(guò)4小時(shí)350℃均勻化熱處理后共晶分解，但第二相沒(méi)有消失且仍然粗大，這說(shuō)明均勻化處理效果并不理想。經(jīng)過(guò)200℃、4道次等通道轉(zhuǎn)角擠壓處理后，粗大的第二相破碎成小顆粒，且分布均勻，再經(jīng)過(guò)4小時(shí)的350℃均勻化熱處理，原先第二相的區(qū)域邊界模糊或者消失，除少量溶質(zhì)原子聚集區(qū)，幾乎完全溶解。

實(shí)施例2：

如圖5～8所示，一種單相過(guò)飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法，Mg-6%wt.Zn合金鑄造后的形成塊狀共晶，經(jīng)過(guò)4小時(shí)350℃均勻化熱處理后共晶分解，仍然有部分第二相沒(méi)有溶解。經(jīng)過(guò)200℃、6道次等通道轉(zhuǎn)角擠壓處理后，粗大的塊狀相破碎變形尺寸減小，周?chē)植加屑?xì)小的析出相，6道次等通道轉(zhuǎn)角擠壓處理后再經(jīng)過(guò)4小時(shí)的350℃均勻化熱處理，除晶界上有少量小尺寸的第二相顆粒分布，基體中幾乎沒(méi)有第二相存在，這說(shuō)明本發(fā)明對(duì)于均勻化鎂鋅合金的顯微組織，制備單相過(guò)飽和固溶體鎂鋅合金是非常有效的。