一種長周期結構增強鎂合金半固態漿料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種金屬材料【技術領域】的長周期結構增強鎂合金半固態漿料及其制備方法。該系半固態漿料成分組成為：86.7%鎂、2.2%鎳、5.8%釓、5.3%釹。該半固態漿料制備是按照所需的元素組成配比將Mg、Ni、Gd和Nd混合在氬氣保護下熔煉，獲得Mg-Ni-Gd-Nd母合金鑄錠；將母合金錠放入不銹鋼坩堝中，重新加熱并保溫，之后將坩堝置于脈沖磁場中凝固，最后獲得Mg-Ni-Gd-Nd半固態漿料。該半固態漿料屬于高強度高韌性鎂合金，適用于制備形狀復雜的零件；制備方法過程容易控制，成分控制比較好，無成分污染等優點。
【專利說明】一種長周期結構增強鎂合金半固態漿料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種金屬材料【技術領域】的合金半固態漿料及其制備方法，具體涉及一 種長周期結構增強鎂合金半固態漿料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 鎂合金是目前實際工程應用中最輕的金屬結構材料，具有密度小，比強度、比剛度 高，鑄造、減震、切削加工性優良以及尺寸穩定性好等特點，使其在實現輕量化、降低能源消 耗、減少環境污染等方面具有顯著作用，在汽車、國防軍工、航空航天、電子、機械等工業領 域以及家庭用品和運動器材等領域正得到日益廣泛應用。然而，在鎂合金研究與應用中存 在的強韌性低、塑性差等基礎性問題，尋找有效的強化手段是研究開發高強度鎂合金的關 鍵基礎問題。對鎂合金進行成分設計，引入有效的強化相是開發高強度鎂合金的重要手段。 近十幾年，一種新的長周期結構強化的鎂合金吸引了人們的注意。采用快速凝固粉末冶金 方法制備的長周期結構強化的Mg-Y-Zn鎂合金，室溫拉伸屈服強度最高達610 MPa，而延 伸率也超過5% ;423K時，屈服強度也達到510 MPa，這是目前制備的強度最高的鎂合金。隨 著研究不斷深入，研究者普遍認為長周期結構增強的鎂合金可成為新一代高強度高韌性鎂 合金。
[0003] 河村能人的發明專利"高強度高韌性鎂合金及其制備方法"（CN 10145417 B，2011 年5月25日）提出Mg-Ni-RE鎂合金為長周期結構增強的高強度高韌性鎂合金，并提出正 對該鎂合金的兩類材料加工方法，一類是快速凝固，另一類是塑性加工方法。然而，這兩類 材料加工方法都無法獲得形狀復雜，體積較大的產品。近來，一種新的材料加工技術得到人 們的重視，該技術稱為半固態成形技術。半固態成形技術的基本原理在于：采用一定方法 獲得具有非樹枝晶狀組織的半固態漿（坯）料，并通過加壓的方式，使其在不同形狀的 型腔內凝固成形。該方法可以獲得形狀復雜，且體積較大的產品，同時可減少了其成形零件 中的鑄造缺陷，提高了零件的力學性能，是一種近凈成形技術，可實現少、無余量加工。 因此，將半固態成形技術應用于長周期結構增強鎂合金的加工，可進一步擴展高強度高韌 性鎂合金的應用范圍，滿足航空航天對材料日益苛刻的要求。
[0004] 半固態加工技術的關鍵是如何制得的理想半固態金屬漿料。也就是說，實現長周 期結構增強鎂合金的半固態加工的關鍵，也就是制備長周期結構增強鎂合金的半固態漿 料。經文獻查詢，目前尚未發現有關長周期結構增強Mg-Ni-RE鎂合金的半固態漿料研究的 報道。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于克服現有研究的不足，提供一種長周期結構增強Mg-Ni-Gd-Nd 鎂合金半固態漿料及其制備方法，解決半固態形成技術關鍵問題--半固態漿料的制備， 為高強度高韌性鎂合金的半固態成形提供技術支持。
[0006] 本發明是通過以下技術方案實現的： 本發明所涉及的半固態漿料，是一種長周期結構增強的Mg-Ni-Gd-Nd合金半固態漿 料，該漿料包含下列組分(按重量百分比）：86. 7 %鎂、2. 2 %鎳、5. 8 %釓、5. 3 %釹。
[0007] 本發明所涉及的鎂合金半固態漿料的制備方法，包括以下步驟： (1)、按照合金成分86. 7 %鎂、2. 2 %鎳、5. 8 %釓、5. 3 %釹，準備鎂、鎳以及稀土釓和釹 原料；上述鎂、鎳、釓、釹原料均為純度在99. 9%以上。
[0008] (2)、將第（1)步的原料放入石墨坩堝中，采用高頻感應加熱爐熔煉，高頻感應加 熱電流由150安培逐漸增加至400安培，實現對原料的緩慢加熱，直至熔化，得到母合金 錠。
[0009] 所述熔煉，其過程維持在45分鐘：前5分鐘電流為150安培，之后10分鐘電 流為250安培，最后30分鐘電流為400安培。
[0010] 所述熔煉以及熔化在密封腔室中進行，使用石墨坩堝，氣氛為純度大于99. 99%的 純氬氣氛，氣氛壓力為1個大氣壓。
[0011] (3)、將第（2)步得到的母合金錠放入不銹鋼坩堝中，在電阻爐中重新加熱至 600°C，并保溫20分鐘。
[0012] 所述加熱過程在氬氣保護下進行，氣氛為氬純度大于99. 99%的純氬氣氛。
[0013] (4)、將第（3)步重新加熱后并裝有母合金的不銹鋼坩堝置于脈沖磁場中，合金在 脈沖磁場作用下凝固制得鎂合金半固態漿料。
[0014] 所述脈沖磁場的強度由電壓控制，所用電壓為350 V ;脈沖磁場的頻率為20赫 茲；脈沖磁場作用時間為5分鐘。
[0015] 本發明提供的鎂合金半固態漿料是長周期結構增強的鎂合金半固態漿料，屬于高 強度高韌性鎂合金；本發明提供的半固態漿料制備方法，過程容易控制，成分控制比較好， 無成分污染，適合采用半固態成形技術制備形狀復雜的零件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1是實施例的XRD衍射譜； 圖2是實施例的金相組織圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前 提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。
[0018] 實施例：Mg-Gd-Nd-Ni鎂合金半固態漿料，該漿料包含下列組分（按重量百分比）： 86. 7 % 鎂、2. 2 % 鎳、5. 8 % 釓、5. 3 % 釹。
[0019] 第一步，按照合金成分86. 7 %鎂、2. 2 %鎳、5. 8 %釓、5. 3 %釹，準備鎂、鎳以及稀 土釓和釹原料，所用鎂、鎳、釓、釹原料均為純度在99. 9%以上，鎳、釓、釹為小顆粒狀，尺寸 小于1mm 〇
[0020] 第二步，將第一步的原料放入石墨坩堝中，采用高頻感應加熱爐熔煉，前5分鐘 電流為150安培，之后10分鐘電流為250安培，最后30分鐘電流為400安培，由此 實現對原料的緩慢加熱，直至熔化，得到母合金錠。
[0021] 第三步，將上述母合金錠放入不銹鋼坩堝中，在電阻爐中重新加熱至600°C，并保 溫20分鐘。
[0022] 第四步，將第三步重新加熱后裝有母合金的不銹鋼坩堝置于脈沖磁場中，脈沖磁 場電壓為350 V，頻率為20赫茲，作用時間為5分鐘，合金在脈沖磁場作用下凝固，制得 鎂合金半固態漿料。
[0023] 由圖1實施例的XRD衍射譜可知，實施例由a-Mg相和長周期結構相X相組成，也 就是說是由長周期結構增強的鎂合金。由圖2顯示半固態漿料由白色的a-Mg相和灰色的 長周期結構相組成。
【權利要求】
1. 一種長周期結構增強鎂合金半固態漿料，該半固態漿料為Mg-Ni-Gd-Nd合金，其成 分組成為86. 7 %鎂、2. 2 %鎳、5. 8 %釓、5. 3 %釹。
2. -種長周期結構增強鎂合金半固態漿料的制備方法，包括如下步驟： 第一步、按照合金成分86. 7 %鎂、2. 2 %鎳、5. 8 %釓、5. 3 %釹，準備鎂、鎳以及稀土釓 和釹原料； 第二步、將第一步的原料放入石墨坩堝中，采用高頻感應加熱爐熔煉，高頻感應加熱電 流由150安培逐漸增加至400安培，實現對原料的緩慢加熱，直至熔化，得到母合金錠； 第三步、將第三步得到的母合金錠放入不銹鋼坩堝中，在電阻爐中重新加熱至600°C， 并保溫20分鐘； 第四步、將第三步重新加熱后并裝有母合金的不銹鋼坩堝置于脈沖磁場中，合金在脈 沖磁場作用下凝固制得鎂合金半固態漿料。
3. 根據權利要求2所述的長周期結構增強鎂合金半固態漿料的制備方法，第一步中， 所述鎂、鎳、釓、釹原料均為純度在99. 9%以上。
4. 根據權利要求2所述的長周期結構增強鎂合金半固態漿料的制備方法，第二步中， 所述熔煉過程時間為45分鐘：前5分鐘電流為150安培，之后10分鐘電流為250安 培，最后30分鐘電流為400安培。
5. 根據權利要求2所述的長周期結構增強鎂合金半固態漿料的制備方法，第二步中， 所述熔煉以及熔化在密封腔室中進行，使用石墨坩堝，氣氛為純度大于99. 99%的純氬氣 氛，氣氛壓力為1個大氣壓。
6. 根據權利要求2所述的長周期結構增強鎂合金半固態漿料的制備方法，第三步中， 所述加熱過程在氬氣保護下進行，氣氛為氬純度大于99. 99%的純氬氣氛，氣氛壓力為1 個大氣壓。
7. 根據權利要求2所述的長周期結構增強鎂合金半固態漿料的制備方法，第三步中， 所用坩堝為不銹鋼坩堝，所述保溫溫度為600°C，保溫時間為20分鐘。
8. 根據權利要求2所述的長周期結構增強鎂合金半固態漿料的制備方法，第四步中， 所述凝固過程在脈沖磁場下進行，所述脈沖磁場的強度由電壓控制，所用電壓為350 V;脈 沖磁場的頻率為20赫茲；脈沖磁場作用時間為5分鐘。
【文檔編號】C22C23/06GK104152775SQ201410413936
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月21日 優先權日:2014年8月21日
【發明者】尹健, 馬修軍, 袁柯, 戴斌煜 申請人:南昌航空大學