本發(fā)明屬于鎂合金絲材制備，特別涉及一種制備鎂合金絲材的裝置及制備方法。

背景技術(shù)：

1、作為鎂合金焊接和3d打印等高端應用領域最重要的原材料之一，市面上的鎂合金絲材仍普遍存在品質(zhì)低、無明確設計標準和通用性差等問題。從最初的原材料到下游的擠壓拉拔等流程都極易引入雜質(zhì)，而組織遺傳效應的存在將導致最終絲材成分不均勻、氧化物夾雜和可控性差等系列問題。因此，高品質(zhì)鎂合金絲材的開發(fā)和研制將成為制約鎂合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

2、在鎂合金絲材傳統(tǒng)制備工藝中，通常要經(jīng)過原料熔煉、鑄造、均勻化處理、擠壓、拉拔和中間退火等繁雜的多過程，這些流程需要反復加熱，會大幅增加生產(chǎn)成本。如果直接通過擠壓得到鎂合金細絲，則需要相當大的擠壓比，這對擠壓機的設備噸位又提出了更高的要求，此類問題在含稀土或高合金元素的高強鎂合金上體現(xiàn)的更為明顯；另一方面，也可以通過擠壓+拉拔的工藝來制備細絲，但是hcp晶體結(jié)構(gòu)的鎂基體滑移系較少，塑性變形能力弱，室溫拉拔時容易斷裂，高溫拉拔又容易導致絲材晶粒重新長大或氧化，還可能造成尺寸穩(wěn)定性下降。此外，常規(guī)鎂合金擠壓前需要進行預熱或均勻化處理，高溫環(huán)境下鑄錠的端面會產(chǎn)生氧化物，在擠壓過程中容易引入氧化夾雜，還會導致相鄰鑄錠之間的絲材搭接性變差，影響其使用功能。

3、目前提高鎂合金絲材成分和性能穩(wěn)定性的措施有：

4、（1）合金成分優(yōu)化設計：

5、通過引入gd和y元素提高強度和塑性的同時，還加入zr元素凈化基體以減少雜質(zhì)元素含量。

6、上述合金化的設計提高了合金系統(tǒng)的復雜性，稀土元素的大量加入也大幅提高了經(jīng)濟成本，同時zr元素的存在也不利于獲得成分均一性好的絲材。

7、（2）成形工藝改進創(chuàng)新：

8、通過對前期擠壓得到的鎂合金粗絲連續(xù)進行多次熱拉拔，最終可獲得絲徑低至0.5?mm的細絲。此外，受益于金屬的電致塑性特征，還在絲材拉拔裝置中引入脈沖磁場，所產(chǎn)生的脈沖電流能夠激活交叉滑移，產(chǎn)生波狀位錯形態(tài)，因此可在較低溫度下輔助絲材拉拔成形。

9、然而，上述第一種方法往往需要多輪次的熱拉拔，甚至需要進行19道次的熱拉拔。通常擠壓和拉拔過程均是在大氣環(huán)境中進行，如此反復加熱的過程勢必會造成較嚴重的氧化，影響后續(xù)焊接和增材制造的產(chǎn)品性能。另外，電解液和脈沖電流的引入也造成了工藝本身的復雜性和不穩(wěn)定性，且此方法暫時多見于科學研究中，難以指導鎂合金絲材的工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種制備鎂合金絲材的裝置及制備方法，以解決上述問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種制備鎂合金絲材的裝置，包括加熱艙、擠壓單元和絲材模具；擠壓單元設置在加熱艙內(nèi)，擠壓單元內(nèi)設置有待擠壓胚料，擠壓單元的下方為出口，絲材模具安裝在擠壓單元的下方出口處。

4、進一步的，加熱艙的頂部和底部均設置有開口，底部開口上設置有底板，底板上開設有導絲斜面。

5、進一步的，擠壓單元包括擠壓桿、擠壓筒和沖頭，擠壓桿設置在加熱艙的頂部開口內(nèi)，且能夠在頂部開口內(nèi)上下移動，沖頭安裝在擠壓桿上；擠壓筒設置在加熱艙內(nèi)部，待擠壓胚料設置在擠壓筒內(nèi)，擠壓桿上下移動時，能夠?qū)崿F(xiàn)對待擠壓胚料的擠壓。

6、進一步的，擠壓筒為兩端開口的筒狀結(jié)構(gòu)，絲材模具安裝在擠壓筒底部，擠壓桿能夠伸進擠壓筒。

7、進一步的，擠壓筒外部設置有外保護套。

8、進一步的，絲材模具上周向設置有水冷管路，水冷管路外接冷卻水。

9、進一步的，擠壓筒的上部設置有側(cè)壁斜孔，側(cè)壁斜孔用于通入保護氣體以及設置外加熱電偶進行擠壓筒測溫。

10、進一步的，側(cè)壁斜孔的位置高于外保護套的位置。

11、一種制備鎂合金絲材的方法，包括以下步驟：

12、在保護氣體氛圍下，對待擠壓的鑄態(tài)坯料進行均勻化處理，在均勻化處理完成后，繼續(xù)對坯料進行熱擠壓預變形處理，得到預變形后的坯料；

13、采用外加熱電偶對預變形后的坯料溫度進行測量，將預變形處理的坯料加熱至半固態(tài)溫度區(qū)間，得到半固態(tài)坯料；

14、推動擠壓桿，對半固態(tài)坯料進行擠壓成形，通過設置有水冷套管的絲材模具擠壓出絲，從導絲斜面導出。

15、.?根據(jù)權(quán)利要求所述的一種制備鎂合金絲材的方法，其特征在于，保護氣體通入流量為5?l/min。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下技術(shù)效果：

17、本發(fā)明加熱艙為整個擠壓過程提供了一個可控的溫度環(huán)境，確保鎂合金胚料能夠在適宜的溫度下進行擠壓，這對于半固態(tài)擠壓成形至關(guān)重要。頂部和底部的開口設計便于胚料的裝入和絲材的導出，同時底部開口上的底板和導絲斜面設計，有助于絲材的順暢導出，減少了摩擦和阻力。

18、本發(fā)明擠壓單元包括擠壓桿、擠壓筒和沖頭，這種設計使得擠壓過程更加穩(wěn)定和可控。擠壓桿能夠在頂部開口內(nèi)上下移動，通過沖頭對胚料進行擠壓，實現(xiàn)了對胚料的精確控制。擠壓筒為兩端開口的筒狀結(jié)構(gòu)，便于胚料的放入和擠壓后絲材的導出。

19、本發(fā)明絲材模具安裝在擠壓筒底部，確保了擠壓出的絲材具有所需的形狀和尺寸。周向設置的水冷管路能夠迅速冷卻擠壓出的絲材，避免其因高溫而變形或產(chǎn)生缺陷。側(cè)壁斜孔的設計便于通入保護氣體和設置外加熱電偶，既保護了胚料不受氧化，又能夠?qū)崟r監(jiān)測擠壓筒內(nèi)的溫度。

20、本發(fā)明在保護氣體氛圍下進行均勻化處理，避免了胚料在加熱過程中被氧化，保證了胚料的純凈度。

21、本發(fā)明預變形處理能夠消除胚料中的內(nèi)應力，提高胚料的可擠壓性。通過預變形處理，胚料的組織變得更加均勻，有利于后續(xù)的擠壓成形。半固態(tài)擠壓成形利用了鎂合金在半固態(tài)下變形阻力小的特點，降低了擠壓所需的力和能耗。半固態(tài)擠壓成形能夠保持胚料的組織均勻性，提高絲材的性能和穩(wěn)定性。

22、本發(fā)明全流程的全惰性氣氛環(huán)境管控避免了胚料和絲材在加工過程中被氧化，保證了絲材的純凈度和性能。這種管控方式也減少了氧化夾雜的產(chǎn)生，提高了絲材的組織和力學性能均一性。

23、該方法相比傳統(tǒng)擠壓-拉拔工藝得到了充分簡化，大幅減少了能源消耗和生產(chǎn)成本。短流程、連續(xù)性好的特點提高了生產(chǎn)效率，滿足了市場對高品質(zhì)鎂合金絲材的需求。

24、綜上所述，該技術(shù)方案中的裝置和方法部分均體現(xiàn)了創(chuàng)新性和實用性。裝置設計合理、功能完善，為鎂合金絲材的制備提供了有力的支持；方法部分則通過科學的工藝流程和嚴格的管控措施，確保了絲材的高品質(zhì)和穩(wěn)定性。這種制備工藝在市場上預計有較好的經(jīng)濟收益和應用前景。

技術(shù)特征：

1.一種制備鎂合金絲材的裝置，其特征在于，包括加熱艙（2）、擠壓單元和絲材模具（6）；擠壓單元設置在加熱艙（2）內(nèi)，擠壓單元內(nèi)設置有待擠壓胚料，擠壓單元的下方為出口，絲材模具（6）安裝在擠壓單元的下方出口處。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備鎂合金絲材的裝置，其特征在于，加熱艙（2）的頂部和底部均設置有開口，底部開口上設置有底板，底板上開設有導絲斜面（5）。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備鎂合金絲材的裝置，其特征在于，擠壓單元包括擠壓桿（1）、擠壓筒（3）和沖頭（9），擠壓桿（1）設置在加熱艙（2）的頂部開口內(nèi)，且能夠在頂部開口內(nèi)上下移動，沖頭（9）安裝在擠壓桿（1）上；擠壓筒（3）設置在加熱艙（2）內(nèi)部，待擠壓胚料設置在擠壓筒（3）內(nèi)，擠壓桿（1）上下移動時，能夠?qū)崿F(xiàn)對待擠壓胚料的擠壓。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種制備鎂合金絲材的裝置，其特征在于，擠壓筒（3）為兩端開口的筒狀結(jié)構(gòu)，絲材模具（6）安裝在擠壓筒（3）底部，擠壓桿（1）能夠伸進擠壓筒（3）。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種制備鎂合金絲材的裝置，其特征在于，擠壓筒（3）外部設置有外保護套（7）。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備鎂合金絲材的裝置，其特征在于，絲材模具（6）上周向設置有水冷管路（4），水冷管路（4）外接冷卻水。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種制備鎂合金絲材的裝置，其特征在于，擠壓筒（3）的上部設置有側(cè)壁斜孔（8），側(cè)壁斜孔（8）用于通入保護氣體以及設置外加熱電偶進行擠壓筒（3）測溫。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種制備鎂合金絲材的裝置，其特征在于，側(cè)壁斜孔（8）的位置高于外保護套（7）的位置。

9.一種制備鎂合金絲材的方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1至8任意一項所述的一種制備鎂合金絲材的裝置，包括以下步驟：

10.?根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種制備鎂合金絲材的方法，其特征在于，保護氣體通入流量為5?l/min。

技術(shù)總結(jié)
一種制備鎂合金絲材的裝置及制備方法，包括加熱艙、擠壓單元和絲材模具；擠壓單元設置在加熱艙內(nèi)，擠壓單元內(nèi)設置有待擠壓胚料，擠壓單元的下方為出口，絲材模具安裝在擠壓單元的下方出口處。該技術(shù)方案中的裝置和方法部分均體現(xiàn)了創(chuàng)新性和實用性。裝置設計合理、功能完善，為鎂合金絲材的制備提供了有力的支持；方法部分則通過科學的工藝流程和嚴格的管控措施，確保了絲材的高品質(zhì)和穩(wěn)定性。這種制備工藝在市場上預計有較好的經(jīng)濟收益和應用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：單智偉,王帥,任凌寶,范玲玲
受保護的技術(shù)使用者：西安交通大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2