一种镁锌合金板的制备方法与流程

1.本发明属于有色金属材料制备技术领域，具体涉及的是一种镁锌合金板的制备方法。


背景技术：

2.镁合金被誉为21世纪最具潜力的绿色环保工程材料，是目前工程应用中最轻的金属结构材料，它具有密度小、比强度和比刚度高、减振性能好、导电导热性能好、机械加工性能优良的特点，在产品结构轻量化、降低能源消耗、减少环境污染方面具有显著的作用，在航空航天、电子工业、国防军工、汽车制造领域得到了较广泛的应用。mg
‑
zn系合金由于其优异的力学性能，一直广受关注，镁合金板材的力学性能亟待进一步提高。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于克服背景技术中的不足，提供一种镁锌合金板的制备方法，依次经真空熔炼炉熔炼、浇铸成型、均匀化处理、轧制成型及时效处理，进一步提高mg
‑
zn系镁合金板材的力学性能。
4.本发明的设计构思为：zn在镁中有较大的固溶度(约6.2wt％)，且在共晶温度(340℃)下会随着温度的降低而减小，因此通过有效固溶强化和时效强化来提高合金力学性能。在mg
‑
zn系中，添加cu元素对提高合金延展性和时效硬化的效果非常明显。添加cu元素可提高合金的固溶温度，进一步可提高cu和zn元素在合金中的溶解度，从而提高时效硬化效果。cu的微量添加增强了沉淀物的形核并加速沉淀。在镁合金中添加微量的mn元素后，mn元素会与合金中fe等杂质元素结合，实现净化基体，提高合金铸造品质和耐腐蚀能力的作用。同时，mn元素微合金化可以阻碍热变形过程中动态再结晶晶粒的生长，表现为晶粒细化效应。
5.本发明以镁、锌、铜、锰为原料，以mg
‑
zn体系为研究对象，引入cu元素增强固溶与时效强化的效果，再通过mn元素来提高合金铸造品质并进一步细化晶粒，并合理的控制合金成分。
6.本发明通过以下技术方案予以实现：
7.一种镁锌合金板的制备方法，包括以下步骤：
8.s1、原料预处理
9.①
、切块：将镁锭、锌锭与铜锭分别置于钢质平板上，用线切割切制成块，块体尺寸≤20mm
×
20mm
×
20mm；
10.②
、采用无水乙醇清洗切割后获得的镁块、锌块与铜块；
11.③
、将清洗后的镁块、锌块与铜块置于真空干燥箱中预热干燥，真空干燥箱中的真空度为2pa，预热干燥温度为120℃，干燥时间为40min；
12.s2、配置涂覆剂
13.称取50g
±
1g氧化镁粉末，量取10ml
±
1ml水玻璃以及500ml
±
1ml去离子水，将氧化镁粉末、水玻璃以及去离子水加入混浆机中搅拌均匀，制得乳白色悬浮状液体，即为涂覆
剂；
14.s3、制备开合式模具
15.开合式模具采用不锈钢材料制作，模具型腔呈长方体，型腔表面粗糙度为ra0.08
‑
0.16μm；
16.s4、制备镁合金铸锭
17.镁合金锭的熔炼是在真空熔炼炉中进行的，是在中频感应加热、抽真空、氩气底吹、浇铸成型过程中完成的，具体步骤如下：
18.①
、开合式模具预处理
19.用无水乙醇清洗开合式模具的型腔表面，使型腔表面洁净；
20.用配制的涂覆剂均匀涂覆开合式模具型腔表面，表面涂覆层厚度0.5mm；
21.将开合式模具置于干燥箱中预热，预热温度150℃，预热时间30min；
22.②
、首先，打开真空熔炼炉，清理坩埚内部；然后，用无水乙醇清洗坩埚，使坩埚内部洁净；最后，称取镁块1365g
±
1g、锌块120g
±
1g、铜块7.5g
±
1g、锰粉末7.5g
±
1g，置于坩埚底部；
23.③
、原料熔炼
24.关闭真空熔炼炉，并密闭；
25.开启真空泵，抽取炉内空气，并使炉内压强达到2pa；
26.开启中频感应加热炉，开始加热，加热温度为750℃
±
1℃，熔炼时间为60min；
27.熔炼过程中在坩埚底部通入氩气底吹管，向坩埚内输入氩气，氩气底吹速度为150cm3/min，通过出气管阀调控中频感应加热炉内的压强，使中频感应加热炉内压强恒定在1个大气压；
28.镁、锌、铜、锰在熔炼过程中将发生合金化反应，反应式如下：
[0029][0030]
反应式(1)中：mgzn2为镁锌共晶相，mgzncu为镁锌铜共晶相，α
‑
mn为锰基体相，α
‑
mg为镁基体相；
[0031]
熔炼后成合金熔液后，加热温度降至720℃
±
1℃，并在此温度恒温保温10min；
[0032]
④
、浇铸
[0033]
关闭氩气底吹管，打开真空熔炼炉，除去坩埚内熔液表面熔渣，对准已预热的开合式模具的浇口进行浇铸，铸满为止；
[0034]
⑤
、冷却：将浇铸了合金熔液的开合式模具放入真空冷却炉内冷却，冷却温度20℃；
[0035]
⑥
、开模：打开开合式模具，取出铸件，制得镁合金铸锭；
[0036]
s5、镁合金铸锭均匀化处理
[0037]
将步骤s4制备的镁合金铸锭置于热处理炉中进行均匀化处理，均匀化温度为360℃，恒温保温时间为30h，均匀化处理过程中通入氩气进行保护，氩气通入速度为100cm3/min；恒温保温后，将镁合金铸锭快速置于70℃的温水中冷却，冷却时间为50s；在均匀化处理过程中将发生相变反应，反应式如下：
[0038][0039]
反应式(2)中：mg(zn，cu)2为镁锌共晶相与镁锌铜共晶相；
[0040]
s6、轧制镁合金板材
[0041]
镁合金板材的轧制是在双辊轧机上进行的，是在板坯加热、轧辊加压、材料变形过程中完成的，具体步骤如下：
[0042]
①
、调整好上轧辊和下轧辊之间的距离；
[0043]
②
、开启轧机的双辊转动机构，上轧辊的转动方向为逆时针方向，下轧辊的转动方向为顺时针方向，由左向右轧制，转速为10r/min；
[0044]
③
、将步骤s5均匀化处理后的镁合金铸锭切割成若干厚度为7mm、宽度为1cm的坯料，将坯料放入360℃的热处理炉内保温30min，然后以单道次下压量4％～6％，进行多道次轧制，累计变形量为25％，制得镁合金板材；其中，每道次轧制之间都需要将坯料放入热处理炉内保温10min，为了确保轧制是在高温下进行，防止试样在轧制过程中因温度低开裂；
[0045]
s7、清理、清洗轧制后的镁合金板材
[0046]
将步骤s6轧制后的镁合金板材置于钢质平板上，用砂纸打磨正反表面及周边，使表面光洁；然后用无水乙醇清洗各部，使其洁净；
[0047]
s8、真空干燥轧制后的镁合金板材
[0048]
将轧制后的镁合金板材置于真空干燥箱中，干燥温度为80℃，真空度为2pa，干燥时间为10min，制成终产物镁合金板材。
[0049]
对制备的轧制后的镁合金板材的形貌、金相组织、力学性能进行检测、分析、表征，mg
‑
8zn
‑
0.5cu
‑
xmn合金在经过360℃轧制变形后，mn单质相以及mgzn2相沿着轧制方向轧制成细小杆状和点状，有利于阻碍动态再结晶晶粒长大，起到细化晶粒的作用。第二相的形貌由骨架状向细杆状转变的现象，证明mn元素的添加对该变形态合金的第二相有着精炼的作用。其中，用金相分析仪进行金相组织分析；用微机控制电子万能试验机进行抗拉强度分析。
[0050]
进一步地，所述镁锭、铜锭与锰粉末的纯度为99.99％，锌锭的纯度为99.98％。
[0051]
进一步地，制得的终产物镁合金板材的抗拉强度为268mpa，延伸率为21％，屈服强度147mpa。
[0052]
与现有技术相比本发明的有益效果为：
[0053]
本发明制得的mg
‑
8zn
‑
0.5cu
‑
0.5mn镁锌合金板材中，再结晶晶粒分布均匀，晶粒细小，主要含有α
‑
mg基体相、α
‑
mn基体相、错综分布的栾晶、颗粒状和细杆状相mg7zn3，力学性能有益，其中抗拉强度为268mpa，延伸率为21％，屈服强度147mpa。
附图说明
[0054]
图1为镁锌合金板材的轧制横切面金相组织图；
[0055]
图2为镁锌合金板材的轧制拉伸应力应变曲线图.
具体实施方式
[0056]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0057]
本实施例中使用的化学物质材料为：镁、锌、锰、氧化镁、水玻璃、去离子水、氩气，其用量如下(以克、毫升、cm3为计量单位)：
[0058]
镁：mg，纯度99.99％，固态块体1365g；
[0059]
锌：zn，纯度99.98％，固态块体120g；
[0060]
铜：cu，纯度99.99％，固态块体7.5g；
[0061]
锰：mn，纯度99.99％，粉末状状7.5g；
[0062]
水玻璃：na2sio3·
9h2o液态固体100ml；
[0063]
氧化镁：mgo固态粉末50g；
[0064]
无水乙醇：c2h5oh液态液体1000ml；
[0065]
去离子水：h2o液态液体1000ml；
[0066]
氩气：ar气态气体800000cm3。
[0067]
一种镁锌合金板的制备方法，包括以下步骤：
[0068]
s1、原料预处理
[0069]
①
、切块：将镁锭、锌锭与铜锭分别置于钢质平板上，用线切割切制成块，块体尺寸为20mm
×
20mm
×
20mm；
[0070]
②
、采用无水乙醇清洗切割后获得的镁块、锌块与铜块；
[0071]
③
、将清洗后的镁块、锌块与铜块置于真空干燥箱中预热干燥，真空干燥箱中的真空度为2pa，预热干燥温度为120℃，干燥时间为40min；
[0072]
s2、配置涂覆剂
[0073]
称取50g氧化镁粉末，量取10ml水玻璃以及500ml去离子水，将氧化镁粉末、水玻璃以及去离子水加入混浆机中搅拌均匀，制得乳白色悬浮状液体，即为涂覆剂；
[0074]
s3、制备开合式模具
[0075]
开合式模具采用不锈钢材料制作，模具型腔呈长方体，型腔表面粗糙度为ra0.08；
[0076]
s4、制备镁合金铸锭
[0077]
①
、开合式模具预处理
[0078]
用无水乙醇清洗开合式模具的型腔表面，使型腔表面洁净；
[0079]
用配制的涂覆剂均匀涂覆开合式模具型腔表面，表面涂覆层厚度0.5mm；
[0080]
将开合式模具置于干燥箱中预热，预热温度150℃，预热时间30min；
[0081]
②
、首先，打开真空熔炼炉，清理坩埚内部；然后，用无水乙醇清洗坩埚，使坩埚内部洁净；最后，称取镁块1365g、锌块120g、铜块7.5g、锰粉末7.5g，置于坩埚底部；
[0082]
③
、原料熔炼
[0083]
关闭真空熔炼炉，并密闭；
[0084]
开启真空泵，抽取炉内空气，并使炉内压强达到2pa；
[0085]
开启中频感应加热炉，开始加热，加热温度为750℃，熔炼时间为60min；
[0086]
熔炼过程中在坩埚底部通入氩气底吹管，向坩埚内输入氩气，氩气底吹速度为150cm3/min，通过出气管阀调控中频感应加热炉内的压强，使中频感应加热炉内压强恒定在1个大气压；
[0087]
镁、锌、铜、锰在熔炼过程中将发生合金化反应，反应式如下：
[0088][0089]
反应式(1)中：mgzn2为镁锌共晶相，mgzncu为镁锌铜共晶相，α
‑
mn为锰基体相，α
‑
mg为镁基体相；
[0090]
熔炼后成合金熔液后，加热温度降至720℃，并在此温度恒温保温10min；
[0091]
④
、浇铸
[0092]
关闭氩气底吹管，打开真空熔炼炉，除去坩埚内熔液表面熔渣，对准已预热的开合式模具的浇口进行浇铸，铸满为止；
[0093]
⑤
、冷却：将浇铸了合金熔液的开合式模具放入真空冷却炉内冷却，冷却温度20℃；
[0094]
⑥
、开模：打开开合式模具，取出铸件，制得镁合金铸锭；
[0095]
s5、镁合金铸锭均匀化处理
[0096]
将步骤s4制备的镁合金铸锭置于热处理炉中进行均匀化处理，均匀化温度为360℃，恒温保温时间为30h，均匀化处理过程中通入氩气进行保护，氩气通入速度为100cm3/min；恒温保温后，将镁合金铸锭快速置于70℃的温水中冷却，冷却时间为50s；在均匀化处理过程中将发生相变反应，反应式如下：
[0097][0098]
反应式(2)中：mg(zn，cu)2为镁锌共晶相与镁锌铜共晶相；
[0099]
s6、轧制镁合金板材
[0100]
①
、调整好上轧辊和下轧辊之间的距离；
[0101]
②
、开启轧机的双辊转动机构，上轧辊的转动方向为逆时针方向，下轧辊的转动方向为顺时针方向，由左向右轧制，转速为10r/min；
[0102]
③
、将步骤s5均匀化处理后的镁合金铸锭切割成若干厚度为7mm、宽度为1cm的坯料，将坯料放入360℃的热处理炉内保温30min，然后以单道次下压量4％，进行多道次轧制，累计变形量为25％，制得镁合金板材；其中，每道次轧制之间都需要将坯料放入热处理炉内保温10min；
[0103]
s7、清理、清洗轧制后的镁合金板材
[0104]
将步骤s6轧制后的镁合金板材置于钢质平板上，用砂纸打磨正反表面及周边，使表面光洁；然后用无水乙醇清洗各部，使其洁净；
[0105]
s8、真空干燥轧制后的镁合金板材
[0106]
将轧制后的镁合金板材置于真空干燥箱中，干燥温度为80℃，真空度为2pa，干燥时间为10min，制成终产物镁合金板材。
[0107]
如图1镁锌合金板材横切面金相组织图所示，再结晶晶粒分布均匀，晶粒细小，主要含有α
‑
mg基体相、α
‑
mn基体相、错综分布的栾晶、颗粒状和细杆状相mg7zn3。
[0108]
如图2为镁锌合金板材的拉伸应力应变曲线图所示，mg
‑
8zn
‑
0.5cu
‑
0.5mn合金轧制后达到性能达到了最佳，其中抗拉强度为268mpa，延伸率为21％，屈服强度147mpa。
[0109]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵
盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。