一種制備lpso相增強的鎂合金梯度材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備LPSO相增強的鎂合金梯度材料的方法，屬于金屬間化合物制備【技術(shù)領(lǐng)域】。首先將純鎂與純釔混合加工制備成Mg-Y合金塊，然后將純鎂塊、純鋅塊、Mg-Y合金塊按照從下到上的順序疊加；將上述步驟制備得到的疊加金屬塊分成上部和下部兩部分加熱，將兩部分同時加熱除掉水汽，然后通入保護氣體進行熔煉；完成熔煉過程后，停止下部的加熱并通入冷卻水對下部進行冷卻，上部將加熱溫度調(diào)整至300℃以下進行單向冷卻，然后停止加熱，冷卻至室溫后即能制備得到LPSO相增強的鎂合金梯度材料。該方法通過單向冷卻過程中密度較小的Mg元素向上擴散，密度較大的Zn、Y原子向底部沉降，得到LPSO相增強的梯度材料。
【專利說明】一種制備LPSO相增強的鎂合金梯度材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備LPSO相增強的鎂合金梯度材料的方法，屬于金屬間化合物制備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]研究表明，金屬間化合物由金屬鍵、共價鍵、離子鍵共同組成，所以具有獨特的物理、化學(xué)、電、磁學(xué)和力學(xué)性能。LPS0(Long period stacking ordered)相集中了陶瓷和金屬的優(yōu)點，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗蠕變性能、儲氫性能以及優(yōu)良的導(dǎo)熱性能、耐氧化性能和抗酸堿腐蝕性能。增加鎂合金中LPSO增強相體積百分比，制備成高體積百分比LPSO相增強鎂合金，甚至高純度的LPSO相，利用LPSO相所具有的耐磨、耐蝕、耐熱和抗蠕變性能等優(yōu)越的特性。因此將LPSO增強相含量沿某方向呈連續(xù)梯度變化，制備成梯度復(fù)合材料，就可使該材料的一端具備有金屬間化合物的性能，呈現(xiàn)耐磨、耐蝕、耐熱和抗蠕變性能等優(yōu)越的特性。而另一端則具有基體合金的性能，表現(xiàn)出良好的抗震性能和塑韌性。這樣的材料設(shè)計，可以避免金屬間化合物與金屬材料直接結(jié)合以及熱膨脹時形成的應(yīng)力集中問題，因而在航空航天、汽車及生物醫(yī)學(xué)方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]如何控制鎂合金中LPSO相含量的梯度變化是制備該種材料的一個難點。
[0004]根據(jù)專利查新的結(jié)果，制備LPSO相增強的鎂合金梯度材料國內(nèi)外尚無其他任何報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種鎂合金中制備LPSO相增強的鎂合金梯度材料的方法。該方法通過單向冷卻過程中密度較小的Mg元素向上擴散，密度較大的Zn、Y原子向底部沉降，得到LPSO相增強的梯度材料，且在最終的產(chǎn)品中LPSO相百分比占鎂合金的95%以上，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。
[0006]一種制備LPSO相增強的鎂合金梯度材料的方法，其具體步驟如下:
(1)首先將純鎂與純釔混合加工制備成Mg-Y合金塊，然后將純鎂塊、純鋅塊、Mg-Y合金塊按照從下到上的順序疊加；
(2)將步驟(1)制備得到的疊加金屬塊分成上部和下部兩部分加熱，將兩部分同時加熱到300°C~400°C時保溫l(T50min除掉水汽，然后通入保護氣體并以5~10°C /min的升溫速率升至70(T780°C條件下熔煉I~3h ；
(3)完成步驟(2)熔煉過程后，停止下部的加熱并通入冷卻水對下部進行冷卻，上部以2~5。C /min的冷卻速度將加熱溫度調(diào)整至300°C以下進行單向冷卻，然后停止上部的加熱，冷卻至室溫后即能制備得到LPSO相增強的鎂合金梯度材料。
[0007]所述Mg、Y、Zn的原子個數(shù)比為21~79:1.3~3:1~2。
[0008]上述純鎂、純釔、純鋅的純度為99.98%以上。
[0009]上述方法可采用圖1的裝置制備LPSO相增強的鎂合金梯度材料，首先將純鎂塊放入到坩堝中，然后按照從下到上的順序?qū)⒓冧\塊、Mg-Y合金塊疊加到純鎂上，在此過程中使上述金屬塊的尺寸與坩堝相近；然后將坩堝放入如圖1的裝置中，通過頂部電阻絲5和底部電阻絲6使坩堝的上部和下部加熱，當(dāng)熔煉完成后關(guān)閉底部電阻絲6，并開啟水冷裝置向坩堝底部通入冷卻水，此時繼續(xù)打開頂部電阻絲5但是通過設(shè)定冷卻速度將加熱溫度調(diào)整至300°C以下，單向冷卻結(jié)束后，關(guān)閉頂部電阻絲5，即能制備得到LPSO相增強的鎂合金梯度材料。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:(I)制備出LPSO相增強的鎂合金梯度材料，LPSO相含量由上到下成單向梯度變化，LPSO相的含量得到有效控制；(2)采用定向凝固中元素的宏觀偏析現(xiàn)象制備LPSO相增強的鎂合金梯度材料，可以通過調(diào)節(jié)靜置溫度、時間以及冷卻的速率來控制LPSO相在基體中所占百分比；(3)由于采用宏觀元素偏析的方式對LPSO相的含量進行調(diào)控，LPSO相在基體材料中含量的變化是漸進連續(xù)的，不需要其他設(shè)施輔助，并且能夠在凝固過程中一次成型，操作簡單、方便，所生產(chǎn)的材料質(zhì)量穩(wěn)定，適合與大批量生產(chǎn)梯度材料；(4)由于LPSO相由共價鍵、金屬鍵、離子鍵等組成，具有獨特的特性，例如具有優(yōu)異的吸氫性能、耐腐蝕和抗氧化性能、成形性能。制備出LPSO相梯度材料，可以進一步提高鎂合金的使用壽命和服役環(huán)境，并且成功制備梯度LPSO相增強鎂合金梯度材料后，能夠進一步發(fā)掘LPSO相增強鎂合金梯度材料在功能材料方面的應(yīng)用潛力，擴大鎂合金梯度材料的使用范圍，推動LPSO相增強鎂合金梯度材料在航空航天、汽車、能源和生物方面的應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明可采用的裝置示意圖；
圖2是本 發(fā)明實施例1制備得到的鎂合金梯度材料上、中、下部位的XRD圖；
圖3是本發(fā)明實施例1制備得到的鎂合金梯度材料上部位(a)的形貌圖；
圖4是本發(fā)明實施例1制備得到的鎂合金梯度材料中部位(b)的形貌圖；
圖5是本發(fā)明實施例1制備得到的鎂合金梯度材料中部位(C)的形貌圖；
圖6是本發(fā)明實施例1制備得到的鎂合金梯度材料下中部位(d)的形貌圖；
圖中:1_保溫層，2-坩禍，3-熱電偶，4-水冷裝置，5-頂部電阻絲，6-底部電阻絲。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】，對本發(fā)明作進一步說明。
[0013]實施例1
該制備LPSO相增強的鎂合金梯度材料的方法，其具體步驟如下:
(1)首先將純鎂與純釔混合加工制備成Mg-Y合金塊，然后將純鎂塊、純鋅塊、Mg-Y合金塊按照從下到上的順序疊加，其中Mg、Y、Zn的原子個數(shù)比為57:1.5:1，純鎂、純釔、純鋅的純度為99.98%以上；
(2)將步驟(1)制備得到的疊加金屬塊分成上部和下部兩部分加熱，將兩部分同時加熱到350°C時保溫30min除掉水汽，然后通入保護氣體并以10°C /min的升溫速率升至720V條件下熔煉lh，其中保護氣體為Ar氣；
(3)完成步驟(2)熔煉過程后，停止下部的加熱并通入冷卻水對下部進行冷卻，上部以3°C /min的冷卻速度將加熱溫度調(diào)整至300°C以下進行單向冷卻，然后停止上部的加熱，冷卻至室溫后即能制備得到LPSO相增強的鎂合金梯度材料。
[0014]上述制備得到的鎂合金為LPSO相梯度材料，該上、中、下部分的XRD圖和形貌圖如圖2至6所示。
[0015]實施例2
該制備LPSO相增強的鎂合金梯度材料的方法，其具體步驟如下:
(1)首先將純鎂與純釔混合加工制備成Mg-Y合金塊，然后將純鎂塊、純鋅塊、Mg-Y合金塊按照從下到上的順序疊加，其中Mg、Y、Zn的原子個數(shù)比為79:3:2，純鎂、純釔、純鋅的純度為99.98%以上； (2)將步驟(1)制備得到的疊加金屬塊分成上部和下部兩部分加熱，將兩部分同時加熱到400°C時保溫，IOmin除掉水汽，然后通入保護氣體并10°C /min的升溫速率升至780V條件下熔煉lh，其中保護氣體為SF6和CO2的混合氣體；
(3)完成步驟(2)熔煉過程后，停止下部的加熱并通入冷卻水對下部進行冷卻，上部以2V Mn的冷卻速度將加熱溫度調(diào)整至300°C以下進行單向冷卻，然后停止上部的加熱，冷卻至室溫后即能制備得到LPSO相增強的鎂合金梯度材料。
[0016]實施例3
該制備LPSO相增強的鎂合金梯度材料的方法，其具體步驟如下:
(1)首先將純鎂與純釔混合加工制備成Mg-Y合金塊，然后將純鎂塊、純鋅塊、Mg-Y合金塊按照從下到上的順序疊加，其中Mg、Y、Zn的原子個數(shù)比為21:1.3:1，純鎂、純釔、純鋅的純度為99.98%以上；
(2)將步驟(1)制備得到的疊加金屬塊分成上部和下部兩部分加熱，將兩部分同時加熱到300°C時保溫50min除掉水汽，然后通入保護氣體并5°C /min的升溫速率升至700°C條件下熔煉3h，其中保護氣體為Ar氣；
(3)完成步驟(2)熔煉過程后，停止下部的加熱并通入冷卻水對下部進行冷卻，上部以5°C /min的冷卻速度將加熱溫度調(diào)整至300°C以下進行單向冷卻，然后停止上部的加熱，冷卻至室溫后即能制備得到LPSO相增強的鎂合金梯度材料。
[0017]實施例4
該制備LPSO相增強的鎂合金梯度材料的方法，其具體步驟如下:
(1)首先將純鎂與純釔混合加工制備成Mg-Y合金塊，然后將純鎂塊、純鋅塊、Mg-Y合金塊按照從下到上的順序疊加，其中Mg、Y、Zn的原子個數(shù)比為50:1.4:1，純鎂、純釔、純鋅的純度為99.98%以上；
(2)將步驟(1)制備得到的疊加金屬塊分成上部和下部兩部分加熱，將兩部分同時加熱到360°C時保溫20min除掉水汽，然后通入保護氣體并8°C /min的升溫速率升至740°C條件下熔煉2h，其中保護氣體為Ar氣；
(3)完成步驟(2)熔煉過程后，停止下部的加熱并通入冷卻水對下部進行冷卻，上部以40C /min的冷卻速度將加熱溫度調(diào)整至300°C以下進行單向冷卻，然后停止上部的加熱，冷卻至室溫后即能制備得到LPSO相增強的鎂合金梯度材料。
【權(quán)利要求】
1.一種制備LPSO相增強的鎂合金梯度材料的方法，其特征在于具體步驟如下: (1)首先將純鎂與純釔混合加工制備成Mg-Y合金塊，然后將純鎂塊、純鋅塊、Mg-Y合金塊按照從下到上的順序疊加； (2)將步驟(1)制備得到的疊加金屬塊分成上部和下部兩部分加熱，將兩部分同時加熱到300°C~400°C時保溫l(T50min除掉水汽，然后通入保護氣體并以5~10°C /min的升溫速率升至70(T780°C條件下熔煉I~3h ； (3)完成步驟(2)熔煉過程后，停止下部的加熱并通入冷卻水對下部進行冷卻，上部以2飛。C /min的冷卻速度將加熱溫度調(diào)整至300°C以下進行單向冷卻，然后停止上部的加熱，冷卻至室溫后即能制備得到LPSO相增強的鎂合金梯度材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備LPSO相增強的鎂合金梯度材料的方法，其特征在于:所述Mg、Y、Zn的原子個數(shù)比為21~79:1.3~3:1~2。
【文檔編號】C22C23/06GK103643064SQ201310722629
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】馮中學(xué), 史慶南, 陳亮維, 李富斌, 曹洋 申請人:昆明理工大學(xué)