CN104174849A - 一种细晶镁合金块的制备方法 - Google Patents

一种细晶镁合金块的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及以一种细晶镁合金块的制备方法，是针对镁合金强度、硬度低和耐腐蚀性差的情况，采用高压低温烧结法，对大颗粒的镁合金粉进行动态结晶，获得高致密度的均匀的细晶镁合金烧结体，即细晶镁合金块，此制备工艺方法先进，不添加增强剂，迅速快捷，数据翔实精确，制备的细晶镁合金块合金晶粒尺寸≤10μm，致密度达到99.5%，显微维氏硬度达103.8HV，且均匀性好，是十分理想的制备细晶镁合金块的方法。

Description

一种细晶镁合金块的制备方法
技术领域
本发明涉及一种细晶镁合金块的制备方法，属有色轻金属材料的制备及应用的技术领域。
技术背景                                                  
镁合金是有色轻金属结构材料，常在航空、航天、汽车、电子工业中得到应用，但由于镁合金的强度低、硬度低、塑性差、耐热性差、耐腐蚀性差，使它的应用受到了很大的局限。
为了增加镁合金的强度、硬度、耐腐蚀性，常对镁合金进行强化处理，例如：掺杂陶瓷颗粒法、等通道挤压法、辊轧法、粉末烧结法，这些方法能够按照使用要求对镁合金进行加工强化处理，但对于镁合金金相组织的细晶化还存在缺陷，限制了镁合金的使用范围。 
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的状况，采用高压低温烧结法，对大颗粒镁合金粉进行动态结晶，获得组织均匀高致密度的细晶镁合金烧结体，达到细化镁合金晶粒、增强镁合金力学性能的目的。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为：镁合金块、铬钼钢块、石墨纸、无水乙醇、氩气、砂纸，准备用量如下：以克、毫米，毫升、厘米3为计量单位
镁合金块：AZ91 、50mm×50mm×50mm；
铬钼钢块：Cr5MoV、60mm×30mm×30mm，两块；
石墨纸：C、0.35mm×500mm，5片；
无水乙醇： C2H6O、500mL±10mL；
氩气：Ar、100000cm3±100 cm3；
砂纸：400目、200mm×0.5mm×300mm，2块；
制备方法如下：
（1）    制备开合式模具
开合式模具用铬钼钢制作，模具型腔表面粗糙度为Ra 0.08—0.16μm；
（2）    粉碎镁合金块，并过筛
将镁合金块置于粉碎机内粉碎，然后用80目筛网过筛，粉碎、过筛反复进行，制成镁合金颗粒，颗粒直径≤200μm；
（3）    装料
将开合式模具垂直置于钢质平板上，将铬钼钢块置于模具底部；
将石墨纸装贴于铬钼钢块及模具型腔内壁上；
将镁合金颗粒均匀装入开合式模具内；
将石墨纸置于镁合金颗粒上部；
将另一铬钼钢块置于石墨纸上部；
（4）    高压低温烧结，制备细晶镁合金块
细晶镁合金块的高压低温烧结是在液压烧结炉内进行的，是在高压施压、低温加热、氩气保护下完成的；
①    打开液压烧结炉的真空烧结釜，将装料后的开合式模具移入真空烧结釜内的工作台上；将液压烧结炉的压杆对准开合式模具内的铬钼钢块上，并密闭；
②    开启真空泵，抽取真空烧结釜内空气，使釜内压强达到0.05Pa；
③    开启氩气瓶，向真空烧结釜内输入氩气，氩气输入速度200cm3/min，使釜内压强恒定为0.1MPa；
④    开启液压烧结炉的加热器，加热真空烧结釜内的开合式模具及其内的镁合金颗粒，加热温度300℃±2℃，加热时间20min；
⑤    开启液压烧结炉的液压油缸，通过压杆对准开合式模具内的铬钼钢块垂直施压，施压压强1200MPa,施压时间48h；开合式模具内的镁合金颗粒在加热、施压过程中晶粒细化，并烧结成细晶镁合金块；
⑥    关闭液压烧结炉加热器，停止加热；使细晶镁合金块在施压状态下、氩气保护下冷却至25℃；
⑦    关闭液压烧结炉的液压油缸，停止施压；
关闭氩气瓶，停止输入氩气；
打开真空烧结釜，取出开合式模具；
⑧ 打开开合式模具开合架，取出细晶镁合金块；
（5）    低温回火
将细晶镁合金块置于热处理回火炉内，进行低温回火，回火温度150℃，回火时间30min；
（6）    打磨、洁净处理
将细晶镁合金块置于钢质平板上，用砂纸打磨周边及正反表面；然后用无水乙醇清洗细晶镁合金块周边及正反表面，使其洁净；
（7）    检测、分析、表征
对制备的细晶镁合金块的形貌、色泽、致密度、金相组织、力学性能进行检测、分析、表征；
用阿基米德法测定细晶镁合金块的致密度；
用光学显微镜进行金相组织分析；
用显微维氏硬度仪进行硬度分析；
结论：细晶镁合金块为银白色方形块体，致密度达到99.5%，合金晶粒尺寸≤10μm，显微维氏硬度103.8HV，均匀性好。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对镁合金块强度、硬度低、耐腐蚀性差的情况，采用高压低温烧结法，对大颗粒镁合金粉末进行动态结晶，获得高致密度的均匀的镁合金烧结体，即细晶镁合金块、此制备工艺方法先进，不添加增强剂，迅速快捷，数据翔实精确，制备的细晶镁合金块合金晶粒尺寸≤10μm，致密度达到99.5%，显微维氏硬度达103.8HV，且均匀性好，是十分理想的制备细晶镁合金块的方法。
附图说明
图1细晶镁合金块高压低温烧结状态图
图2细晶镁合金块横切面金相组织结构图
图3细晶镁合金块显微硬度变化趋势图
图中所示，附图标记清单如下：
1、液压烧结炉，2、控制箱，3、液压油缸，4、工作台，5、出油管，6、回油管，7、压杆，8、开合式模具，9、开合架，10、镁合金颗粒，11、第一铬钼钢块，12、第二铬钼钢块，13、第一石墨纸，14、第二石墨纸，15、真空泵，16、真空阀，17、真空管，18、氩气瓶，19、氩气阀，20、氩气管，21、氩气，22、显示屏，23、指示灯，24、电源开关，25、加热温度控制器，26、液压油缸控制器，27、炉腔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明：
图1所示，为细晶镁合金块高压低温烧结状态图，各部位置、连接关系要正确，按量配置，按序操作。
制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫米、毫升、厘米3为计量单位。
细晶镁合金块的高压低温烧结是在液压烧结炉内进行的，是在高压施压、低温加热、氩气保护下完成的；
液压烧结炉为立式，在液压烧结炉1的下部为控制箱2、上部设有液压油缸3，液压油缸3通过出油管5、回油管6与控制箱2连接；液压烧结炉1的内部为炉腔27，在液压烧结炉1的内底部设有工作台4，在工作台4上部垂直置放开合式模具8，开合式模具8由开合架9固定；在开合式模具8内底部置放第一铬钼钢块11，在第一铬钼钢块11上部置放第一石墨纸13，在第一石墨纸13上部均匀装入镁合金颗粒10，在镁合金颗粒10上部置放第二石墨纸14，在第二石墨纸14上部置放第二铬钼钢块12，第二铬钼钢块12上部由压杆7压牢，压杆7上部与液压油缸3连接，液压油缸3通过压杆7向开合式模具8内施压；在液压烧结炉1的右下部设有真空泵15，真空泵15通过真空阀16、真空管17与炉腔27连通；在液压烧结炉1的左部设有氩气瓶18，氩气瓶18通过氩气阀19、氩气管20向炉腔27内输入氩气21；在控制箱2上设有显示屏22、指示灯23、电源开关24、加热温度控制器25、液压油缸控制器26。
图2所示，为细晶镁合金块横切面金相组织结构图，图中所示，镁合金粉体颗粒完全烧结，烧结体晶粒尺寸≤10μm，且晶界处均匀，弥散分布着大量细小的第二相粒子。
图3所示，为细晶镁合金块显微硬度变化趋势图，图中所示，为经过不同高压低温烧结时间后得到块体的纤维硬度变化，烧结48h后烧结体硬度基本稳定，达到103.8HV。比铸态镁合金块的显微硬度提高了27%。

Claims (2)

1.一种细晶镁合金块的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁合金块、铬钼钢块、石墨纸、无水乙醇、氩气、砂纸，其准备用量如下：以克、毫米，毫升、厘米3为计量单位
镁合金块：AZ91 、50mm×50mm×50mm；
铬钼钢块：Cr5MoV、60mm×30mm×30mm，两块；
石墨纸：C、0.35mm×500mm，5片；
无水乙醇： C2H6O、500mL±10mL；
氩气：Ar、100000cm3±100cm3；
砂纸：400目、200mm×0.5mm×300mm，2块；
制备方法如下：
（1）制备开合式模具
开合式模具用铬钼钢制作，模具型腔表面粗糙度为Ra 0.08—0.16μm；
（2）粉碎镁合金块，并过筛
将镁合金块置于粉碎机内粉碎，然后用80目筛网过筛，粉碎、过筛反复进行，制成镁合金颗粒，颗粒直径≤200μm；
（3）装料
将开合式模具垂直置于钢质平板上，将铬钼钢块置于模具底部；
将石墨纸装贴于铬钼钢块及模具型腔内壁上；
将镁合金颗粒均匀装入开合式模具内；
将石墨纸置于镁合金颗粒上部；
将另一铬钼钢块置于石墨纸上部；
（4）高压低温烧结，制备细晶镁合金块
细晶镁合金块的高压低温烧结是在液压烧结炉内进行的，是在高压施压、低温加热、氩气保护下完成的；
①打开液压烧结炉的真空烧结釜，将装料后的开合式模具移入真空烧结釜内的工作台上；将液压烧结炉的压杆对准开合式模具内的铬钼钢块上；并密闭；
②开启真空泵，抽取真空烧结釜内空气，使釜内压强达到0.05Pa；
③开启氩气瓶，向真空烧结釜内输入氩气，氩气输入速度200cm3/min，使釜内压强恒定为0.1MPa；
④开启液压烧结炉的加热器，加热真空烧结釜内的开合式模具及其内的镁合金颗粒，加热温度300℃±2℃，加热时间20min；
⑤开启液压烧结炉的液压油缸，通过压杆对准开合式模具内的铬钼钢块垂直施压，施压压强1200MPa,施压时间48h；开合式模具内的镁合金颗粒在加热、施压过程中晶粒细化，并烧结成细晶镁合金块；
⑥关闭液压烧结炉加热器，停止加热；使细晶镁合金块在施压状态下、氩气保护下冷却至25℃；
⑦关闭液压烧结炉的液压油缸，停止施压；
关闭氩气瓶，停止输入氩气；
打开真空烧结釜，取出开合式模具；
⑧打开开合式模具开合架，取出细晶镁合金块；
（5）低温回火
将细晶镁合金块置于热处理回火炉内，进行低温回火，回火温度150℃，回火时间30min；
（6）打磨、洁净处理
将细晶镁合金块置于钢质平板上，用砂纸打磨周边及正反表面；然后用无水乙醇清洗细晶镁合金块周边及正反表面，使其洁净；
（7）检测、分析、表征
对制备的细晶镁合金块的形貌、色泽、致密度、金相组织、力学性能进行检测、分析、表征；
用阿基米德法测定细晶镁合金块的致密度；
用光学显微镜进行金相组织分析；
用显微维氏硬度仪进行硬度分析；
结论：细晶镁合金块为银白色方形块体，致密度达到99.5%，合金晶粒尺寸≤10μm，显微维氏硬度103.8HV，均匀性好。
2.根据权利要求1所述的一种细晶镁合金块的制备方法，其特征在于：
液压烧结炉为立式，在液压烧结炉（1）的下部为控制箱（2）、上部设有液压油缸（3），液压油缸（3）通过出油管（5）、回油管（6）与控制箱（2）连接；液压烧结炉（1）的内部为炉腔（27），在液压烧结炉（1）的内底部设有工作台（4），在工作台（4）上部垂直置放开合式模具（8），开合式模具（8）由开合架（9）固定；在开合式模具（8）内底部置放第一铬钼钢块（11），在第一铬钼钢块（11）上部置放第一石墨纸（13），在第一石墨纸（13）上部均匀装入镁合金颗粒（10），在镁合金颗粒（10）上部置放第二石墨纸（14），在第二石墨纸（14）上部置放第二铬钼钢块（12），第二铬钼钢块（12）上部由压杆（7）压牢，压杆（7）上部与液压油缸（3）连接，液压油缸（3）通过压杆（7）向开合式模具（8）内施压；在液压烧结炉（1）的右下部设有真空泵（15），真空泵（15）通过真空阀（16）、真空管（17）与炉腔（27）连通；在液压烧结炉（1）的左部设有氩气瓶（18），氩气瓶（18）通过氩气阀（19）、氩气管（20）向炉腔（27）内输入氩气（21）；在控制箱（2）上设有显示屏（22）、指示灯（23）、电源开关（24）、加热温度控制器（25）、液压油缸控制器（26）。
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