一種lpso相層狀復(fù)合鎂合金材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種LPSO相層狀復(fù)合鎂合金材料的制備方法，屬于金屬間化合物領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]研宄表明，鎂合金中的LPSO相具有豐富的結(jié)構(gòu)形態(tài)，特殊構(gòu)造和優(yōu)異的性能，是金屬材料領(lǐng)域目前最具前景的結(jié)構(gòu)材料。實際生產(chǎn)中由于LPSO相的生長方向沒有規(guī)律性，往往難以充分發(fā)揮其特殊的性能特點，本發(fā)明旨在使LPSO相沿單一方向排列，制備單向材料，使該材料在此方向上展現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能與電磁屏蔽性能，同時呈現(xiàn)耐磨、耐蝕、耐熱和抗蠕變性能等優(yōu)越的特性。通過此種材料制備設(shè)計，可以避免LPSO相雜亂無章的排列，獲得在單一方向上的性能，因而在航空航天、汽車及通信方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]專利“一種制備LPSO相增強的鎂合金梯度材料的方法”公開了一種LPSO相的制備方法，但是此方法存在以下問題:由于是將材料直接切樣后放入鐵坩禍中進(jìn)行定向凝固，在凝固過程中原子以自由擴散的方式進(jìn)行自我沉積，導(dǎo)致密度較大的Zn，Y向底部擴散，致使底部的LPSO相含量高，中部和頂部的含量較少，LPSO相的分布不均勻；其次由于選擇的Re~Zn的配方比例，導(dǎo)致LPSO相生長呈現(xiàn)隨機性。本方明針對此問題提出:在進(jìn)行直接定向凝固前，先在井室爐中熔融一次，控制其熔融溫度，使元素得到充分的擴散，然后對熔融過的金屬再進(jìn)行定向凝固，得到的LPSO相在底，中，頂部就會均勻的存在，并通過定向凝固使LPSO相沿單一的方向生長。其次本方明針對Re~Zn的配比范圍進(jìn)行了說明，通過控制Re-Zn的比例，使得到的LPSO相成規(guī)律性的生長。
[0004]如何控制鎂合金中LPSO相生長方向是制備該種材料的一個難點；制備單一方向LPSO相的鎂合金材料國內(nèi)外尚無其他詳細(xì)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是LPSO相生長方向的控制問題，并提供了一種制備LPSO相的鎂合金材料。
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種LPSO (Long per1d stacking ordered)相層狀復(fù)合鎂合金材料的制備方法，具體包括以下步驟:
(1)以純鎂、純鋅、Mg-Y中間合金為原料，先將試樣升溫加熱到730~740°C，保溫1.5~2h，完全熔融后澆注到鐵坩禍中，待其冷卻至室溫后，放入定向凝固爐中加熱到400~425°C保溫45~50min，然后繼續(xù)升溫加熱，在加熱到525~530°C時通入氬氣，然后按照9-100C /min的速度升至700~725°C，待原材料完全熔化后靜置1.5-2.5h ；
(2)熔體靜置過后，先關(guān)閉底部電源，停止對試樣底部的加熱，并通入冷卻水對試樣底部進(jìn)行冷卻，試樣頂部以1~2°C /min的冷卻速度進(jìn)行冷卻，直至試樣頂部溫度冷卻至400~425°C，然后關(guān)閉電源，自然冷卻至室溫，得到單一方向的LPSO相層狀復(fù)合鎂合金材料。
[0007]本發(fā)明所述純鎂、純鋅、Mg-Y中間合金中Mg、Y、Zn的原子比為:Mg: Y: Zn為(91-97):(2~6):(l~3)o
[0008]本發(fā)明所述Mg-Y中間合金為Mg_25%Y。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
(I)由于在定向凝固前先進(jìn)行了一次金屬的熔融，元素得到了均勻的擴散，使得形成的LPSO相能夠均勻的存在。
[0010](2)制備出單一生長方向LPSO相的層狀復(fù)合鎂合金材料，LPSO相生長方向與熱流方向平行，LPSO相的生長方向得到有效控制。
[0011](3)采用定向凝固中制備單一方向LPSO相的鎂合金材料，可以通過調(diào)節(jié)原子比靜置溫度、時間以及冷卻的速率來控制LPSO相在基體中所占百分比。
[0012](4)由于采用調(diào)節(jié)溫度梯度的方式對LPSO相的生長方向進(jìn)行調(diào)控，LPSO相在基體材料中生長方向是一定的，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，可適用于工業(yè)上大批量生產(chǎn)。
[0013](5)由于LPSO相特殊的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐腐蝕和一定的電磁屏蔽性；制備出均勻分布的單一方向LPSO相材料，可以進(jìn)一步提高鎂合金在通信航天等領(lǐng)域的使用范圍。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實施實例1LPS0相的形貌圖；
圖2是本發(fā)明實施實例中所述定向凝固爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:1_頂部電阻絲；2_底部電阻絲；3_保溫層；4-坩禍；5_熱電偶；6_水冷裝置；7-保溫層。
【具體實施方式】
[0016]以下通過具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細(xì)的描述，應(yīng)理解的是，這些實施例是用于說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制，在本發(fā)明的構(gòu)思前提下對本發(fā)明做簡單的改進(jìn)，都屬于本發(fā)明要求保護的范圍。
[0017]本發(fā)明實施例1~3通過定向凝固爐進(jìn)行實施，所述定向凝固爐為采用功率降低法原理制備的定向凝固爐，為常規(guī)裝置，包括:頂部電阻絲1、底部電阻絲2、保溫層3、坩禍4、熱電偶5、水冷裝置6、保溫層7。
[0018]實施例1
本實施例所述合金的原子比為:Mg: Y: Zn=97:2:1，本實施例所用原料為純Zn，Mg-25%Y，余量為純鎂，其純度均在99.98以上。
[0019]制備單一方向LPSO相鎂合金材料的熔煉、靜置和凝固工藝為:
首先按照設(shè)計的合金成分，按原子比準(zhǔn)備Mg、Zn、Mg-25%Y中間合金；將純鎂、純鋅、Mg-Y中間合金依次加入坩禍中，然后在井室爐中進(jìn)行升溫加熱到740°C，保持2h，待完全熔融后澆到鐵坩禍中，坩禍規(guī)格為Φ 30mmX 200mm，待其自然冷卻到室溫時，將坩禍放入到定向凝固爐中，加熱425°C保溫50min，并在加熱到525°C時通入保護氣體，保護氣體為氬氣。然后按照10°C /min的速度升至725°C，熔煉后熔體靜置2小時。熔體靜置過后，關(guān)閉下部電源，停止對坩禍底部加熱，通入冷卻水對坩禍底部進(jìn)行冷卻，加熱爐頂部以1°C /min的冷卻速度進(jìn)行冷卻，造成溫度的單向冷卻梯度，冷卻過程中防止周圍環(huán)境有任何的震動，直至坩禍頂部溫度冷卻至425°C時，關(guān)閉上部電源