[发明专利]超细晶稀土镁合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金技术领域，特别涉及一种超细晶稀土镁合金的制备方法。

背景技术

在很多工业领域中，材料的轻量化可以有效降低能源消耗，对节能环保有着积极的意义。由于镁是最轻的金属结构材料，其密度仅为1.74g/cm³，是铝的密度的2/3、钢的密度的1/4，并且，镁及其合金还具有较高的比强度和比刚度、良好的减震性、较强的电磁屏蔽能力以及易回收利用等优点，近年来镁及镁合金已经被广泛应用于汽车、航空航天、电子和空间工业中，其被誉为“21世纪的绿色工程材料”，并已成为继钢铁和铝合金之后的第三大金属结构材料。

在冶金和材料领域中，稀土（Rare Earth，简称RE）元素由于具有独特的核外电子排布而经常发挥着独特的作用。作为合金化或微合金化元素，稀土已经被广泛应用于钢铁及有色金属合金中。尤其在镁合金领域，稀土元素在净化合金熔体、细化合金组织、提高合金的力学性能以及改善合金耐蚀性等方面的突出作用逐渐被人们认识与掌握，其被认为是镁合金中最具使用价值和发展潜力的合金化元素，目前也已陆续开发出一系列高强、耐热、耐蚀性优良的稀土镁合金。

为了进一步提高稀土镁合金的力学性能，日本熊本大学的Kawamura等人首次采用快速凝固-粉末冶金法（RS/PM），制备出了目前强度最高的Mg₉₇Y₂Zn合金。该合金的室温屈服强度可达600MPa，延伸率为5%，并且，在该合金中发现了新型的长周期堆垛有序结构相（Long Period Stacking Ordered Phase，简称LPSO相），该相的基面与镁基体具有相同的结构，但沿着c轴的堆垛周期一般为18层（18R）或14层（14H）。LPSO相作为镁合金中的硬质相，对于改善合金的力学性能起着十分重要的作用。RS/PM方法能制备出晶粒尺寸在250nm至1.0μm之间的材料即超细晶材料，其力学性能明显提高，但是，RS/PM方法制备上述超细晶稀土镁合金材料的工艺较复杂，设备成本较高，而且镁合金的粉末冶金过程较难控制，危险系数较高，不利于大规模的工业化生产。

近年来，剧烈塑性变形（Severe Plastic Deformation，简称SPD）方法引起了国内外研究学者的广泛关注，该方法不但可以制备出块体超细晶镁合金，而且制备的材料内部无夹杂和缺陷。目前SPD方法主要包括等通道挤压（ECAP）、高压扭转（HPT）、累积叠轧（Accumulative Roll Bonding，简称ARB）以及多向锻造（MDF）等。其中，ARB技术由日本学者Saito于1998年首次提出，并且该技术能成功将纯铝的晶粒细化至亚微米级别。一般说来，累积叠轧的具体操作包括：首先将初始板材切割成两块长度相等的部分，经过表面碱洗或酸洗及打磨后，再叠放在一起；然后对得到的复合板材进行50%应变量的轧制，在轧制力和摩擦力的共同作用下，将两块板材复合在一起；之后将复合板材再次切割成相等的两部分，重复轧制、切割、表面处理、轧制复合这一过程。经过上述多道次的ARB变形后，材料不但实现了大应变量变形，而且样品的宏观形状保持不变。

采用累积叠轧能制备出力学性能优异的超细晶镁合金和铝合金，并且工艺简单，因此，申请人考虑采用该技术制备高性能的超细晶稀土镁合金。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种超细晶稀土镁合金的制备方法，本发明提供的制备方法能制备出力学性能较高的超细晶稀土镁合金，并且制备工艺简单，成本低廉。

本发明提供一种超细晶稀土镁合金的制备方法，包括以下步骤：

a）将稀土镁合金铸锭进行固溶处理，得到固溶处理后的稀土镁合金；

b）将所述步骤a）得到的固溶处理后的稀土镁合金进行热变形加工，得到热变形的稀土镁合金板材，所述热变形加工的温度为350℃～450℃；

c）将所述步骤b）得到的热变形的稀土镁合金板材进行单道次轧下量为50%的累积叠轧，经退火，得到超细晶稀土镁合金。

优选的，所述步骤b）中，所述热变形加工为热挤压，所述热挤压的挤压比为5:1～20:1，所述热挤压的挤压速率为0.2mms^-1～2.0mms^-1。

优选的，所述步骤b）中，所述热变形的稀土镁合金板材的厚度为5.0mm～10.0mm。

优选的，所述步骤c）中，所述累积叠轧具体包括：