[发明专利]一种多晶粒尺度强化镁合金材料的制备方法

说明书

一种多晶粒尺度强化镁合金的制备方法，包含：制屑、混屑和预压实、塑性变形、多晶粒尺度四步工序，选择晶粒细化效果不同的镁合金两种或两种以上，充分混合它们的碎屑后进行热塑性变形，通过高温、高应变使碎屑机械合金化，获得致密、多尺度混合的坯料。通过后续热处理，在多种碎屑中形成多晶粒尺度，获得多晶粒尺度细化强化镁合金材料。本发明制得的合金在一定程度上兼得软相和硬相的韧性和强度，获得综合性能出色的高强高韧双系或多系细晶强化镁合金。多晶粒尺度强化镁合金既具有较好的耐热性能，且韧性远远高于常规均匀稀土镁合金。镁合金中的混合多晶粒尺度微观结构无明显的方向性，适于在多向受力部件上应用。

技术领域

本发明涉及的是一种多晶粒尺度强化镁合金的制备方法，具体是一种通过异种碎屑混合的方法，配合以特定的塑性变形和热处理调控微观结构，制备大块多晶粒尺度强化镁合金的方法。

背景技术

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，具有高比强、高比模、高阻尼减振和电磁屏蔽性能、以及优异的铸造、切削加工性能和易回收等优点，在国防军事、航空航天、汽车、电子通信等工业领域正得到日益广泛的应用。相比于铝合金、钛合金等其他轻金属结构材料，镁合金的强度和韧性都较差。稀土合金化是镁合金强韧化的重要途径。稀土元素在镁合金基体中形成高密度纳米级的析出相，对位错运动产生强烈的阻碍作用，从而大幅度的提高镁合金的强度。此外，析出强化镁合金的析出相，在高温时比晶界的稳定性更高，因此，析出强化的镁合金在高温变形时，往往具有更高，更稳定的力学性能。但是，已有的研究结果表明，金属材料中位错的产生具有显著的尺寸效应。粗晶HCP金属因缺少足够的滑移系通常需要孪晶来推动塑性变形，当晶粒尺寸小于100nm时，纳米晶内部就很难产生孪晶。而时效强化镁合金的析出相的间距通常只有几十纳米，弥散分布的析出相将粗大的晶粒分割成许多纳米单元，在这些单元里位错难以形成和运动。因此，通过时效析出强化的镁合金材料的韧性会出现大幅降低，大大限制了析出强化镁合金在实际生产中的应用。而另一方面，变形镁合金则拥有与之差异较大的性能，研究表明，采用细晶强化，可以令变形镁合金在提高强度的同时，依旧保持良好的韧性，但是这类镁合金的耐热性能较差。如何兼得强度、韧性及耐热性，成为当前镁合金研究的一大热点。

经对现有技术的文献检索发现，K.Lu在《Science》，2011，331(24)：1587-1590上发表的“Revealing extraordinary intrinsic tensile plasticity in gradient nano-grained copper”(揭示了纳米梯度铜优异的本征拉伸塑性)一文中，介绍了一种利用表面机械碾磨处理，在纯铜棒材表层制备出梯度厚度达数百微米的纳米晶粒结构，晶粒尺寸自表及里由十几纳米梯度逐渐增大至几十微米，形成一种梯度多晶粒尺度的结构材料。该技术的特点如下：(1)界面结合好；(2)制备的材料拉伸屈服强度比粗晶铜提高约一倍，而拉伸塑性与粗晶相同；(3)制备工艺简单，易操作。该技术在一定程度上解决了纳米晶Cu因位错尺寸效应而导致低韧性。但是，由于镁合金本身的变形能力很差，通过表面机械碾磨制备梯度镁合金需要在高温下进行，技术上存在以下问题：(1)表面易氧化，造成表面会有一定厚度被污染，进而导致表面耐腐蚀性降低；(2)高温易于使晶粒尺寸发生长大，无法得到纳米级或亚微米级的晶粒。