CN106521589A - 一种高通量制备镁合金块体样品的方法 - Google Patents

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Abstract

一种高通量制备镁合金块体样品的方法，包括以下步骤：镁空心棒处理、准负极准备、负极装配、电镀掺杂金属层、后处理工序。本发明针对样品组分控制要求，按组合化学设计了梯度组合陶瓷套层和四元分立组合陶瓷套层，用于负极装配。通过更换金属正极来控制掺杂金属的元素种类，通过控制电镀时间来控制金属元素的掺杂浓度。本发明可以快速的实现多组分、多浓度配比的镁合金设计，相比传统配料方式配置过程快速、准确，且全过程在负极电流保护下镁合金安全、无氧化及烧损现象。除镁合金外，本发明也适用于其他活泼金属、低熔点的金属块体的高通量制备。

Description

一种高通量制备镁合金块体样品的方法
技术领域
本发明属于材料高通量实验技术领域，特别涉及金属结构材料的高通量制备。
背景技术
“材料高通量实验”是在短时间内完成大量样品的制备与表征。其核心思想是将传统材料研究中采用的顺序迭代方法改为并行处理，以量变引起材料研究效率的质变。作为“材料基因组技术”三大要素之一，与“材料计算模拟”和“材料信息学/数据库”有机融合、协同发展，加速材料研发与应用的效能，使材料科学走向“按需设计”的终极目标。在由传统经验方法向新型预测方法的过渡中，高通量实验扮演着承上启下的关键角色。高通量实验不仅可为材料模拟计算提供海量的基础数据，同时高通量实验可为材料模拟计算的结果提供实验验证；更为重要的是，高通量实验本身就可以快速地提供有价值的研究成果，直接加速材料的筛选和优化。随着中国材料科技的快速发展和材料基因组方法在研发中不断被广泛采用，高通量实验的重要性将日益彰显。
1970年，Hanak首先提出了“多样品实验”的概念，并应用于薄膜形态的二元、三元超导材料研究[Hanak J J. Journal of Materials Science, 1970, 5(11): 964-971.]。20世纪80年代中期兴起了组合化学，并派生到高通量新药筛选、高通量基因测序、高通量平行反应器（用于有机材料和催化剂等的合成）等，显著地提高了生物和有机化学领域的研发效率。20世纪90年代中期，美国劳伦斯伯克利国家实验室的项晓东和Schultz发展和完善了现代高通量薄膜形态组合材料实验方法[Xiang X D, Sun X, Briceno G, et al.Science, 1995, 268(5218): 1738-1740.]。目前主要的高通量实验技术有：基于薄膜沉积工艺的组合材料芯片技术[Xiang X D, Sun X, Briceno G, et al. Science, 1995, 268(5218): 1738-1740.]、“喷印”合成法[Wang J, Yoo Y, Gao C, et al. Science, 1998,279(5357): 1712-1714.]、多元体材扩散法[Zhao J C, Jackson M R, Peluso L A, etal.MRS bulletin, 2002,27(4): 324-329.]、微机电结构法[Kim H J, Han J H, KaiserR, et al. Review of Scientific Instruments, 2008, 79(4): 045112.]、微流体结构法[Guram A, Hagemeyer A, Lugmair C G, et al. Advance Synthesis & Catalysis,2004, 346(2/3): 215-230.]、激光增材法[Baufeld B, Van der Biest O, Gault R.Materials & Design, 2010, 31(Suppl 1): S106-S111.]。这些高通量的实验技术可以解决一般金属、陶瓷、无机化合物、高分子功能材料的快速制备，适用材料形态依次为薄膜、液体、胶体、粉末、块体。
镁及镁合金作为一种轻质工程结构材料，具有减震性好、密度小及高比强度、高比刚度等优点，在国防军事、航空航天、汽车、电子消费品等领域有广阔的应用前景。但是镁及镁合金也具有耐热性差、耐蚀性差、耐磨性差及装饰性差等缺点，限制了其应用领域。常用冶金手段来改善镁合金周期长且成本高。而现有的高通量实验技术基本不适合镁合金材料的快速制备，如:组合材料芯片技术、“喷印”合成法、微机电结构法、微流体结构法所得的材料形态不是块体材料;多元体材扩散法虽然可以得到块体材料但原位扩散使得镁合金中组分控制不精确且组分种类受限制;增材制造中高能能量束容易造成镁合金爆炸且镁的氧化、烧损严重。
发明内容
本发明的目的是提出一种高通量制备镁合金块体样品的方法，可以一次性完成≦1024个不同组分样品配置，且样品中各掺杂元素种类及含量可以精确控制，配置过程安全、镁合金无氧化及烧损现象。
本发明是基于电镀和组合化学原理，通过以下技术方案实现。
本发明电镀装置为常规的电镀装置。电镀装置的正极为镁合金中除镁以外的纯金属棒。电镀装置的负极由准负极（石墨芯棒+镁空心棒）和陶瓷套层组成；其中陶瓷套层上带有序窗口，每个窗孔即为一个镁合金组分样品区。
本发明所述的一种高通量制备镁合金块体样品的方法，包括以下步骤：镁空心棒处理、准负极准备、负极装配、电镀掺杂金属层、后处理工序。
所述的镁空心棒处理包括去氢、化学除油、出光、中和、活化等过程。首先去氢处理，控制气氛炉炉温160~200℃，保温1~2小时；随后在55~60℃的除油溶液（焦磷酸钠16~23g/L，磷酸钠12~16g/L，三聚磷酸钠6~8g/L，乳化剂聚醚(2070)1~3g/L)中浸泡8~10分钟，55-65℃热水清洗，再冷水洗；接着在20~30℃出光液（磷酸80~90ml/L，醋酸35~40ml/L，铬醉10~12ml/L，缓蚀剂2~5ml/L）中浸泡1~3分钟，出光后再用冷水冲洗；最后在35~45℃活化液（氟硼酸盐27~35g/L，富马酸18~23ml/L，氟化物3~4g/L）中浸泡1~1.5分钟，完成镁空心棒处理。
所述的准负极准备包括将镁空心棒套在石墨芯棒、预镀、冷水清洗等过程。预镀液配方：氟硼酸铜96~104g/L、氟硼酸17~24g/L、氨基丙酸3.5~5.5g/L、聚乙二醇2~4g/L、茜素染料0.1~0.4g/L、甲叉丁二酸与MBT的混合体13~18ml/L、3-S异硫脉嗡盐丙烷磺酸盐0.01~0.03g/L、R-S-S (CH2)SO3Na为0.012~0.016g/L。预镀电流密度为5~15A/dm2，槽电压4~12V，预镀液的pH值为1.0~1.2，室温的波美度为30~35。
所述的负极装配包括按照样品的组分设计要求选取梯度组合陶瓷套层或四元组合陶瓷套层、将准负极插入所选陶瓷套层构成负电极。
所述的梯度组合套层含32根陶空心瓷棒，每根陶瓷棒带有32个陶瓷窗口。进行梯度组合样品制备时，控制负电极的插入深度和电镀时间，单根负电极上可以制备32个浓度准连续变化的样品；当32根负电极全部使用时，可制备1024个掺杂浓度准连续变化的镁合金样品。
所述的四元分立组合陶瓷套层分为A、B、C、D、E五组，各组间套层所露窗口具有自相似性，同组套层窗口位置相当于同组另一套层旋转90度,每个套层上带有32个孔供准负极插入。进行分立组合制备时，将准负极插入四元组合陶瓷套层A1完成负极装配，电镀沉积掺杂金属A，浓度为K1，然后更换为套层A2，电镀沉积掺杂金属A浓度为K2…，直到A4电镀完完毕，共完成4个浓度梯度的电镀沉积；换用四元组合陶瓷套层B、C、D和E，以相同的方法电镀B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4、D1、D2、D3、D4和E1、E2、E3、E4，共5种掺杂金属材料的电镀；所获得的样品的成份将覆盖AnBmClDkEj（其中n、m、l、k、j=1、2、3、4）所有可能的组合，通过20步的电镀生成了1024个不同组分的样品。
所述的电镀掺杂金属层是通过更换金属正极及电镀液来控制掺杂金属的元素种类，通过控制电镀时间来控制金属元素的掺杂浓度。
所述的后序处理过程包含拆卸负极、镁空心棒的切割、批量加工样品（正常的熔炼和热处理工艺）等过程。
本发明提出一种高效的镁合金块体样品的制备技术，可以一次性完成≦1024个不同组分样品配置，且样品中各掺杂元素种类及含量可以精确控制，配置过程安全、镁合金无氧化及烧损现象。快速的实现多组分、多浓度配比的镁合金设计。除镁合金外，本发明也适用于其他活泼金属、低熔点的金属块体的高通量制备。
本发明可以快速的实现多组分、多浓度配比的镁合金设计，相比传统配料方式配置过程快速、准确，且全过程在负极电流保护下镁合金安全、无氧化及烧损现象。除镁合金外，本发明也适用于其他活泼金属、低熔点的金属块体的高通量制备。
附图说明
图1 为本发明电解池示意图。
图2 为本发明电解池中电极槽示意图。
图3 为本发明准负极示意图。
图4 为本发明梯度组合套层的空心陶瓷棒示意图。
图5 为本发明四元组合套层A1示意图，包含32准负极插入孔及64个1.6cm×1cm窗口（相邻窗口纵向间隔0.5cm，横向间隔0.4cm）。
图6 为本发明四元组合套层A1、A2、A3、A4的窗口位置示意图，A2、A3、A4窗口位置相当于A1分别旋转90度、180度、270度。
图7 为本发明四元组合套层B1示意图，包含32准负极插入孔及64个1.6cm×1cm窗口（相邻窗口纵向间隔0.5cm，横向间隔0.4cm）。
图8 为本发明四元组合套层B1、B2、B3、B4的窗口位置示意图，B2、B3、B4窗口位置相当于B1分别旋转90度、180度、270度。
图9 为本发明四元组合套层C1示意图，包含32准负极插入孔及64个1.6cm×1cm窗口（相邻窗口纵向间隔0.5cm，横向间隔0.4cm）。
图10 为本发明四元组合套层C1、C2、C3、C4的窗口位置示意图，C2、C3、C4窗口位置相当于C1分别旋转90度、180度、270度。
图11 为本发明四元组合套层D1示意图，包含32准负极插入孔及64个1.6cm×1cm窗口（相邻窗口纵向间隔0.5cm，横向间隔0.4cm）。
图12 为本发明四元组合套层D1、D2、D3、D4的窗口位置示意图，D2、D3、D4窗口位置相当于D1分别旋转90度、180度、270度。
图13 为本发明四元组合套层E1示意图，包含32准负极插入孔及64个1.6cm×1cm窗口（相邻窗口纵向间隔0.5cm，横向间隔0.4cm）。
图14 为本发明四元组合套层E1、E2、E3、E4的窗口位置示意图，E2、E3、E4窗口位置相当于E1分别旋转90度、180度、270度。
具体实施方式
本发明将结合以下实施例作进一步的说明。
实施例1。
需要制备Mg-（0.25~4）Zn（at.%）的镁合金样品16个，浓度成准连续变化。按说明书中所述完成准负极准备，将准负极插入梯度组合陶瓷套层完成负极装配。配置镀锌液，配方为：氧化锌45~58g/L，氯化钾125~158g/L，硼酸35~50g/L，乙醇胺0.45~0.58g/L，茵香醛0.5~0.8g/L，三乙醇胺0.9~1.0g/L，电镀过程中控制温度为20~48℃，阴极电流密度0.5~6A/dm2。安装锌正极，测得完成Mg-0.25Zn（at.%）需要30秒。将负电极完全浸入镀锌电解液中，每30秒向上移动3cm，即2个样品窗口的位置。8分钟后完成锌的电镀。电镀耗时总计为8分钟。拆卸负极，将镁棒每隔3厘米cm（2个样品窗口大小）进行切割，得到16个样品，相邻的Mg-（0.25~4）Zn（at.%）的镁合金样品之间Zn的浓度差为0.25at.%。随后按正常的熔炼和热处理工艺批量加工样品。
实施例2。
需要制备Mg-(0.4~3.5)Zn-（0.3~0.6）Gd（at.%）的镁合金样品128个，浓度成准连续变化。按说明书中所述过程完成准负极准备，将4根准负极插入梯度组合陶瓷套层完成4根负极装配。配置镀锌液，配方为：氧化锌45~58g/L，氯化钾125~158g/L，硼酸35~50g/L，乙醇胺0.45~0.58g/L，茵香醛0.5~0.8g/L，三乙醇胺0.9~1.0g/L，电镀过程中控制温度为20~48℃，阴极电流密度0.5~6A/dm2。安装锌正极，测得完成Mg-0.1Zn（at.%）需要12秒。将4个负电极完全浸入镀锌电解液中，电镀48秒完成Mg-0.4Zn（at.%）电镀。随后每12秒向上移动1.5cm，即1个样品窗口的位置，7分钟后完成镀锌，同一负电极相邻的样品之间Zn的浓度差为0.1at.%。配置镀钆液，配方为：氧化钆45~58g/L，氯化钾125~158g/L，硼酸35~50g/L，乙醇胺0.45~0.58g/L，茵香醛0.5~0.8g/L，三乙醇胺0.9~1.0g/L，电镀过程中控制温度为20~48℃，阴极电流密度0.5~4A/dm2。安装钆正极，测得完成Mg-0.1Gd（at.%）需要15秒。将已经镀了锌的4根负电极完全浸入镀钆电解液中，电镀45秒完成0.3Gd（at.%）电镀。随后每15秒抽出1根电极，45秒后完成镀钆，相邻电极的样品之间Gd的浓度差为0.1at.%。电镀耗时总计9分18秒。拆卸负极，将镁棒每隔1.5厘米（1个样品窗口大小）进行切割，每根电极得到32个样品，4根电极共计128个样品。Mg-(0.4~3.5)Zn-（0.3~0.6）Gd（at.%）的镁合金样品之间浓度成准连续变化，Zn的最小浓度差为0.1at.%，Gd的最小浓度差为0.1at.%。随后按正常的熔炼和热处理工艺批量加工样品。
实施例3。
需要制备Mg-(3.3~3.6)Zn-（0.325~0.4）Cu（at.%）的镁合金样品16个，组分分立变化。按说明书中所述过程完成准负极准备，将4根准负极插入四元分立组合陶瓷套层A1中1、9、17、25孔，完成负极装配A1。配置镀锌液，配方为：氧化锌45~58g/L，氯化钾125~158g/L，硼酸35~50g/L，乙醇胺0.45~0.58g/L，茵香醛0.5~0.8g/L，三乙醇胺0.9~1.0g/L，电镀过程中控制温度为20~48℃，阴极电流密度0.5~6A/dm2。安装锌正极，测得完成Mg-0.1Zn（at.%）需要12秒。将负电极完全浸入镀锌电解液中，电镀6分36秒完成3.3Zn（at.%）电镀。随后将4根准负极插入四元分立组合陶瓷套层A2中1、9、17、25孔，完成负极装配A2；将负电极完全浸入电解液中，电镀6分48秒完成3.4Zn（at.%）电镀。随后将4根准负极插入四元分立组合陶瓷套层A3中1、9、17、25孔，完成负极装配A3；将负电极完全浸入电解液中，电镀7分秒完成3.5Zn（at.%）电镀。随后将4根准负极插入四元分立组合陶瓷套层A4中1、9、17、25孔，完成负极的装配A4；将负电极完全浸入电解液中，电镀7分12秒完成3.6Zn（at.%）电镀。配置镀铜液，配方为：硫酸铜120~180g/L，硫酸40~76g/L，葡萄糖28~56g/L，电镀过程中控制温度为22~55℃，阴极电流密度1~6A/dm2。安装铜正极，测得完成Mg-0.1Cu（at.%）需要20秒。将4根准负极插入四元分立组合陶瓷套层B1中1、9、17、25孔，完成负极装配B1。将负电极完全浸入镀铜电解液中，电镀1分05秒完成0.325Cu（at.%）电镀。随后将4根准负极插入四元分立组合陶瓷套层B2中1、9、17、25孔，完成负极装配B2；将负电极完全浸入电解液中，电镀1分10秒完成0.35Cu（at.%）电镀。随后将4根准负极插入四元分立组合陶瓷套层B3中1、9、17、25孔，完成负极装配B3；将负电极完全浸入电解液中，电镀1分15秒完成0.375Cu（at.%）电镀。随后将4根准负极插入四元分立组合陶瓷套层B4中1、9、17、25孔，完成负极装配B4；将负电极完全浸入电解液中，电镀1分20秒完成0.4Cu（at.%）电镀。电镀耗时总计31分26秒。拆卸负极，将镁棒每隔12厘米（8个样品窗口大小）进行切割，每根电极得到4个样品，4根电极共计16个样品。Mg-(3.3~3.6)Zn-（0.325~0.4）-Cu（at.%）的镁合金样品组分成分立变化，孔1内的镁棒获得Mg-3.3Zn-0.325Cu、Mg-3.3Zn-0.4Cu、Mg-3.6Zn-0.325Cu、Mg-3.6Zn-0.4Cu；孔9内的镁棒获得Mg-3.3Zn-0.35Cu、Mg-3.3Zn-0.375Cu、Mg-3.6Zn-0.35Cu、Mg-3.6Zn-0.375Cu；孔17内的镁棒获得Mg-3.4Zn-0.325Cu、Mg-3.4Zn-0.4Cu、Mg-3.5Zn-0.325Cu、Mg-3.5Zn-0.4Cu；孔25内的镁棒获得Mg-3.4Zn-0.35Cu、Mg-3.4Zn-0.375Cu、Mg-3.5Zn-0.35Cu、Mg-3.5Zn-0.375Cu。随后按正常的熔炼和热处理工艺批量加工样品。
实施例4。
需要制备Mg-(3.3~3.6)Zn-（0.325~0.4）Cu-（0.3~0.6）Gd（at.%）的镁合金样品64个，组分分立变化。按说明书中所述过程完成准负极准备，将8根准负极插入四元分立组合陶瓷套层A1中1、5、9、13、17、21、25、29孔，完成负极装配A1。配置镀锌液，配方为：氧化锌45~58g/L，氯化钾125~158g/L，硼酸35~50g/L，乙醇胺0.45~0.58g/L，茵香醛0.5~0.8g/L，三乙醇胺0.9~1.0g/L，电镀过程中控制温度为20~48℃，阴极电流密度0.5~6A/dm2。安装锌正极，测得完成Mg-0.1Zn（at.%）需要12秒。将负电极完全浸入镀锌电解液中，电镀6分36秒完成3.3Zn（at.%）电镀。随后将8根准负极插入四元分立组合陶瓷套层A2中1、5、9、13、17、21、25、29孔，完成负极装配A2；将负电极完全浸入电解液中，电镀6分48秒完成3.4Zn（at.%）电镀。随后将8根准负极插入四元分立组合陶瓷套层A3中1、5、9、13、17、21、25、29孔，完成负极装配A3；将负电极完全浸入电解液中，电镀7分秒完成3.5Zn（at.%）电镀。随后将8根准负极插入四元分立组合陶瓷套层A4中1、5、9、13、17、21、25、29孔，完成负极装配A4；将负电极完全浸入电解液中，电镀7分12秒完成3.6Zn（at.%）电镀。配置镀铜液，配方为：硫酸铜120~180g/L，硫酸40~76g/L，葡萄糖28~56g/L，电镀过程中控制温度为22~55℃，阴极电流密度1~6A/dm2。安装铜正极，测得完成Mg-0.1Cu（at.%）需要20秒。将8根准负极插入四元分立组合陶瓷套层B1中1、5、9、13、17、21、25、29孔，完成负极装配B1。将负电极完全浸入镀铜电解液中，电镀1分05秒完成0.325Cu（at.%）电镀。随后将8根准负极插入四元分立组合陶瓷套层B2中1、5、9、13、17、21、25、29孔，完成负极装配B2；将负电极完全浸入电解液中，电镀1分10秒完成0.35Cu（at.%）电镀。随后将8根准负极插入四元分立组合陶瓷套层B3中1、5、9、13、17、21、25、29孔，完成负极装配B3；将负电极完全浸入电解液中，电镀1分15秒完成0.375Cu（at.%）电镀。随后将8根准负极插入四元分立组合陶瓷套层B4中1、5、9、13、17、21、25、29孔，完成负极装配B4；将负电极完全浸入电解液中，电镀1分20秒完成0.4Cu（at.%）电镀。配置镀钆液，配方为：氧化钆45~58g/L，氯化钾125~158g/L，硼酸35~50g/L，乙醇胺0.45~0.58g/L，茵香醛0.5~0.8g/L，三乙醇胺0.9~1.0g/L，电镀过程中控制温度为20~48℃，阴极电流密度0.5~4A/dm2。安装钆正极，测得完成0.1Gd（at.%）需要15秒。将8根准负极插入四元分立组合陶瓷套层C1中1、5、9、13、17、21、25、29孔，完成负极装配C1。将负电极完全浸入镀钆电解液中，电镀45秒完成0.3Gd（at.%）电镀。随后将8根准负极插入四元分立组合陶瓷套层C2中1、5、9、13、17、21、25、29孔，完成负极装配C2；将负电极完全浸入电解液中，电镀1分完成0.4Gd（at.%）电镀。随后将8根准负极插入四元分立组合陶瓷套层C3中1、5、9、13、17、21、25、29孔，完成负极装配C3；将负电极完全浸入电解液中，电镀1分15秒完成0.5Gd（at.%）电镀。随后将8根准负极插入四元分立组合陶瓷套层C4中1、5、9、13、17、21、25、29孔，完成负极装配C4；将负电极完全浸入电解液中，电镀1分30秒完成0.6Cu（at.%）电镀。电镀耗时总计35分56秒。拆卸负极，将镁棒每隔6厘米（4个样品窗口大小）进行切割，每根电极得到8个样品，8根电极共计64个样品。Mg-(3.3~3.6)Zn-（0.325~0.4）-Cu（at.%）的镁合金样品组分成分立变化。
孔1内的镁棒获得Mg-3.3Zn-0.325Cu-0.3Gd、Mg-3.3Zn-0.4Cu-0.3Gd、Mg-3.6Zn-0.325Cu-0.3Gd、Mg-3.6Zn-0.4Cu-0.3Gd、Mg-3.3Zn-0.325Cu-0.6Gd、Mg-3.3Zn-0.4Cu-0.6Gd、Mg-3.6Zn-0.325Cu-0.6Gd、Mg-3.6Zn-0.4Cu-0.6Gd。
孔5内的镁棒获得Mg-3.3Zn-0.325Cu-0.4Gd、Mg-3.3Zn-0.4Cu-0.4Gd、Mg-3.6Zn-0.325Cu-0.4Gd、Mg-3.6Zn-0.4Cu-0.4Gd、Mg-3.3Zn-0.325Cu-0.5Gd、Mg-3.3Zn-0.4Cu-0.5Gd、Mg-3.6Zn-0.325Cu-0.5Gd、Mg-3.6Zn-0.4Cu-0.5Gd。
孔9内的镁棒获得Mg-3.3Zn-0.35Cu-0.3Gd、Mg-3.3Zn-0.375Cu-0.3Gd、Mg-3.6Zn-0.35Cu-0.3Gd、Mg-3.6Zn-0.375Cu-0.3Gd、Mg-3.3Zn-0.35Cu-0.6Gd、Mg-3.3Zn-0.375Cu-0.6Gd、Mg-3.6Zn-0.35Cu-0.6Gd、Mg-3.6Zn-0.375Cu-0.6Gd。
孔13内的镁棒获得Mg-3.3Zn-0.35Cu-0.4Gd、Mg-3.3Zn-0.375Cu-0.4Gd、Mg-3.6Zn-0.35Cu-0.4Gd、Mg-3.6Zn-0.375Cu-0.4Gd、Mg-3.3Zn-0.35Cu-0.5Gd、Mg-3.3Zn-0.375Cu-0.5Gd、Mg-3.6Zn-0.35Cu-0.5Gd、Mg-3.6Zn-0.375Cu-0.5Gd。
孔17内的镁棒获得Mg-3.4Zn-0.325Cu-0.3Gd、Mg-3.4Zn-0.4Cu-0.3Gd、Mg-3.5Zn-0.325Cu-0.3Gd、Mg-3.5Zn-0.4Cu-0.3Gd、Mg-3.4Zn-0.325Cu-0.6Gd、Mg-3.4Zn-0.4Cu-0.6Gd、Mg-3.5Zn-0.325Cu-0.6Gd、Mg-3.5Zn-0.4Cu-0.6Gd。
孔21内的镁棒获得Mg-3.4Zn-0.325Cu-0.4Gd、Mg-3.4Zn-0.4Cu-0.4Gd、Mg-3.5Zn-0.325Cu-0.4Gd、Mg-3.5Zn-0.4Cu-0.4Gd、Mg-3.4Zn-0.325Cu-0.5Gd、Mg-3.4Zn-0.4Cu-0.5Gd、Mg-3.5Zn-0.325Cu-0.5Gd、Mg-3.5Zn-0.4Cu-0.5Gd。
孔25内的镁棒获得Mg-3.4Zn-0.35Cu-0.3Gd、Mg-3.4Zn-0.375Cu-0.3Gd、Mg-3.5Zn-0.35Cu-0.3Gd、Mg-3.5Zn-0.375Cu-0.3Gd；Mg-3.4Zn-0.35Cu-0.6Gd、Mg-3.4Zn-0.375Cu-0.6Gd、Mg-3.5Zn-0.35Cu-0.6Gd、Mg-3.5Zn-0.375Cu-0.6Gd。
孔29内的镁棒获得Mg-3.4Zn-0.35Cu-0.4Gd、Mg-3.4Zn-0.375Cu-0.4Gd、Mg-3.5Zn-0.35Cu-0.4Gd、Mg-3.5Zn-0.375Cu-0.4Gd、Mg-3.4Zn-0.35Cu-0.5Gd、Mg-3.4Zn-0.375Cu-0.5Gd、Mg-3.5Zn-0.35Cu-0.5Gd、Mg-3.5Zn-0.375Cu-0.5Gd。随后按正常的熔炼和热处理工艺批量加工样品。

Claims (1)

1.一种高通量制备镁合金块体样品的方法，其特征是包括镁空心棒处理、准负极准备、负极装配、电镀掺杂金属层、后处理工序；
所述的镁空心棒处理包括去氢、化学除油、出光、中和、活化；首先去氢处理，控制气氛炉炉温160~200℃，保温1~2小时；随后在55~60℃的除油溶液中浸泡8~10分钟，55-65℃热水清洗，再冷水洗；接着在20~30℃出光液中浸泡1~3分钟，出光后再用冷水冲洗；最后在35~45℃活化液中浸泡1~1.5分钟，完成镁空心棒处理；
所述的除油溶液为：焦磷酸钠16~23g/L，磷酸钠12~16g/L，三聚磷酸钠6~8g/L，乳化剂聚醚2070 1~3g/L；所述的出光液为：磷酸80~90ml/L，醋酸35~40ml/L，铬醉10~12ml/L，缓蚀剂2~5ml/L；所述的活化液为：氟硼酸盐27~35g/L，富马酸18~23ml/L，氟化物3~4g/L；
所述的准负极准备包括将镁空心棒套在石墨芯棒、预镀、冷水清洗；预镀液配方：氟硼酸铜96~104g/L、氟硼酸17~24g/L、氨基丙酸3.5~5.5g/L、聚乙二醇2~4g/L、茜素染料0.1~0.4g/L、甲叉丁二酸与MBT的混合体13~18ml/L、3-S异硫脉嗡盐丙烷磺酸盐0.01~0.03g/L、R-S-S (CH2)SO3Na为0.012~0.016g/L；预镀电流密度为5~15A/dm2，槽电压4~12V，预镀液的pH值为1.0~1.2，室温的波美度为30~35；
所述的负极装配包括按照样品的组分设计要求选取梯度组合陶瓷套层或四元组合陶瓷套层、将准负极插入所选陶瓷套层构成负电极；
所述的梯度组合套层含32根陶空心瓷棒，每根陶瓷棒带有32个陶瓷窗口；进行梯度组合样品制备时，控制负电极的插入深度和电镀时间，单根负电极上可以制备32个浓度准连续变化的样品；当32根负电极全部使用时，可制备1024个掺杂浓度准连续变化的镁合金样品；
所述的四元分立组合陶瓷套层分为A、B、C、D、E五组，各组间套层所露窗口具有自相似性，同组套层窗口位置相当于同组另一套层旋转90度，每个套层上带有32个孔供准负极插入；进行分立组合制备时，将准负极插入四元组合陶瓷套层A1完成负极装配，电镀沉积掺杂金属A，浓度为K1，然后更换为套层A2，电镀沉积掺杂金属A浓度为K2…，直到A4电镀完完毕，共完成4个浓度梯度的电镀沉积；换用四元组合陶瓷套层B、C、D和E，以相同的方法电镀B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4、D1、D2、D3、D4和E1、E2、E3、E4，共5种掺杂金属材料的电镀；所获得的样品的成份将覆盖AnBmClDkEj，其中n、m、l、k、j=1、2、3、4，所有可能的组合，通过20步的电镀生成了1024个不同组分的样品；
所述的电镀掺杂金属层是通过更换金属正极及电镀液来控制掺杂金属的元素种类，通过控制电镀时间来控制金属元素的掺杂浓度；
所述的后序处理过程包含拆卸负极、镁空心棒的切割、批量加工。
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