[发明专利]一种制备弥散增强相轻质Mg-Ti固溶体的方法

说明书

技术领域

本发明属于镁合金基体增强技术领域，特别涉及一种具有相似晶体结构弥散相增 强基体材料结构和性能的方法。

背景技术

镁及镁合金材料具有质量轻、比强度高、易于回收利用等优点，在航空、航天、汽车 制造、生物医学等领域都有着广泛的应用前景和发展空间。然后，镁及镁合金材料具有较差 的高温力学性能，这一缺点使其难以满足在温度相对较高的环境下使用，这也在一定程度 上限制了其应用的领域，热稳定性差一直制约着镁及镁合金材料的发展与应用。

各国学者和研究人员进行了各种相关的试验研究来改进镁及镁合金材料的高温 性能，例如，在镁及镁合金基体中加入稀有金属的方法来提高高温力学性能，采用这种方法 的主要原因是稀土元素具有特殊的核外电子排布规律，这种特点可以使得稀土元素在镁及 镁合金材料基体中形成弥散的强化相，弥散的强化相可以有效地提高其高温力学性能。虽 然采用稀有元素可以提高镁及镁合金材料的高温力学性能，但由于稀土元素的价格十分昂 贵，生产成本高，难以大规模的推广和生产，这在一定程度上限制了稀土增强镁及镁合金材 料的应用和推广。

因而，目前急需研究和开发出一种新型的弥散增强相来提高镁及镁合金材料的高 温力学性能。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术中采用稀土元素来弥散增强镁及镁合金材料过程 中所存在的问题，提供一种利用相似晶体结构弥散相来增强镁及镁合金材料基体结构和性 能的方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种制备弥散增强相轻质Mg-Ti固溶体的方法，包括以下步骤：

S1、将纳米纯镁粉末和纳米纯钛粉末按体积比进行配比制得混合材料；

S2、将上述混合材料和不锈钢磨球按质量比配比，密封进球磨罐内；

S3、将上述装有混合材料的球磨罐抽真空，充入惰性气体；

S4、将步骤S3中的球磨罐放入高能球磨机上进行球磨，得到弥散增强相轻质Mg-Ti固溶 体。

上述步骤S1中的纳米纯镁粉末的平均晶粒尺寸为150-200nm，纳米纯钛粉末的平 均晶粒尺寸为40-60nm。

上述步骤S1中纳米纯镁粉末和纳米纯钛粉末的体积比为10:1-15:1。

上述步骤S2中的混合材料和不锈钢磨球的质量比为1:50-1:80。

上述步骤S2中球磨罐的直径为20cm，所述球墨罐内的不锈钢磨球的数量为2个，所 述2个不锈钢磨球的直径分别为10cm和5cm。不同直径的不锈钢磨球能够使得球磨罐内的混 合原料得到充分的研磨。

上述步骤S3中惰性气体为99%以上的纯度，抽取真空次数为2-3次，避免球磨罐内 存有其他气体，防止球磨罐内的混合材料在研磨过程中产生的高温下被氧化。

上述步骤S3中的惰性气体优选为氦气。

上述步骤S4中的球磨机转速为200-250转/分，球磨时间为50-60h，每球磨30分钟， 球磨机停止工作5分钟。

上述纳米纯镁粉末的平均晶粒尺寸优选为150nm，所述纳米纯钛粉末的平均晶粒 尺寸优选为40nm，所述纳米纯镁粉末和纳米纯钛粉末的体积比优选为10:1，所述混合材料 和不锈钢磨球的质量比优选为1:50，所述球磨机转速优选为200h，球磨时间优选为50h。

经过上述加工制备过程中，利用高能球磨机提供的能量可以有效地克服Mg-Ti固 溶体激活能，使得Ti原子进入到镁的晶格中去，形成弥散的Mg-Ti固溶体。

本发明采用Ti作为弥散增强相的原因：

⑴、与稀土元素以及其他合金元素相比，Ti元素都具有比强度高、熔点高的特点，而且 Ti元素与Mg元素一样，都具有密排六方晶体结构，这种晶体结构的一致性使得Ti与Mg有良 好的界面结合；

⑵、Ti元素与稀土元素相比，其相对密度比较低，稀土元素比重大，而采用稀土元素作 为增强相使得镁及镁合金材料质量轻的优势不复存在；

⑶、同时在固相时，Mg相中几乎不溶解任何的Ti元素，而且在现有的文献中也没有发现 Mg-Ti间的金属间化合物的存在，这个特点也使得Ti元素可以在镁及镁合金材料中形成稳 定的弥散增强相，有利于提高镁及镁合金材料高温力学性能。