本發明涉及一種增強增韌型鎂鋁硅鋅合金板的制備方法，屬有色金屬合金制備及應用的技術領域。

背景技術：

鎂合金是最輕的有色金屬合金，具有質輕、阻尼減震性能好、易加工成型的優點，在航空、航天、交通、通訊、電子工業中得到較廣泛的應用；但鎂合金存在強度低、硬度低、耐腐蝕性能差、熱穩定性差的缺陷，使鎂合金的應用受到很大的局限。

為了提高鎂合金的力學性能，常在鎂合金中摻雜稀土材料，例如釔、釤、鋱等，稀土元素的加入使鎂合金的成本大幅提高，在提高強度的同時，也降低了鎂合金的塑性，使鎂合金的塑性成形變得困難，限制了鎂合金的應用范圍。

技術實現要素：

發明目的

本發明的目的是針對背景技術的不足，在鎂合金中摻雜硅及有色金屬中間合金，經真空熔煉、熱輥軋成型、熱處理回火，制成增強增韌型鎂鋁硅鋅合金板，以提高鎂合金的強度和韌性，擴展鎂合金的應用范圍。

技術方案

本發明使用的化學物質材料為：鎂、鋁、硅、鋅、無水乙醇、氬氣，其準備用量如下：以克、毫升、厘米³為計量單位

制備方法如下：

(1)精選化學物質材料

對制備使用的化學物質材料要進行精選，并進行質量純度控制：

(2)制備鋁硅中間合金

鋁硅中間合金的制備是在真空熔煉爐內進行的，是在中頻感應加熱、氬氣保護下完成的；

①打開真空熔煉爐，用氬氣驅除爐內有害氣體，使爐腔內潔凈；

②稱取鋁塊17.47g±0.001g、硅塊2.53g±0.001g，加入熔煉坩堝內；

③關閉真空熔煉爐，抽取爐內空氣，使爐內壓強達0.1Pa；

④開啟氬氣瓶，向爐內輸入氬氣，氬氣輸入速度100cm³/min,使爐內壓強恒定在1個大氣壓；

⑤開啟中頻感應加熱器，加熱溫度587℃±2℃，加熱時間30min；

在此溫度恒溫保溫，然后停止加熱，使其隨爐冷卻至25℃；

熔煉后為鋁硅中間合金Al-Si；

(3)制備鎂鋁硅鋅合金錠

鎂鋁硅鋅合金錠的制備是在真空熔煉爐內進行的，是在中頻感應加熱、氬氣底吹攪拌下完成的；

①制備開合式模具

開合式模具用工具鋼制作，模具型腔為矩形，型腔表面粗糙度為Ra0.08-0.16μm；

②打開真空熔煉爐，用氬氣驅除爐內有害氣體，使爐內潔凈；

③稱取鎂塊240g±0.01g、鋅塊3.5g±0.001g、鋁硅中間合金塊20g±0.001g，加入熔煉坩堝內；

④在熔煉坩堝底部通入氬氣管；

⑤關閉真空熔煉爐，抽取爐內空氣，使爐內壓強達0.1Pa；

⑥開啟中頻感應加熱器，加熱熔煉坩堝及其內的鎂塊、鋁硅中間合金塊、鋅塊，加熱溫度750℃±2℃，加熱時間30min；

開啟熔煉坩堝底部的氬氣底吹管，向熔煉坩堝內輸入氬氣，氬氣輸入速度200cm³/min；

鎂塊、鋅塊、鋁硅中間合金塊在加熱熔煉過程中將發生合金化反應，反應方程式如下：

式中：MgAlSiZn：鎂鋁硅鋅合金；

⑦熔煉后停止加熱，停止氬氣底吹，使熔液在熔煉坩堝內靜置10min；

⑧澆鑄

打開真空熔煉爐，取出熔煉坩堝，對準預制的開合式模具進行澆鑄；

澆鑄后將開合式模具及其內的鑄件埋入細砂中，進行冷卻至25℃；

⑨開模，取出鑄件，即鎂鋁硅鋅合金錠；

⑩清理清洗

將鎂鋁硅鋅合金錠置于鋼質平板上，用機械對鑄錠周邊及正反表面進行清理，使其光潔；

然后用無水乙醇擦洗鑄錠周邊及正反表面，使其潔凈；

(4)輥軋成型

鎂鋁硅鋅合金錠的輥軋成型軋制是在輥軋機上進行的，是在加熱、輥軋過程中完成的；

①將鎂鋁硅鋅合金錠置于輥軋機的上軋輥和下軋輥之間；

②開啟上軋輥轉動加熱器、下軋輥轉動加熱器，上軋輥加熱溫度200℃，下軋輥加熱溫度200℃；

上軋輥轉動方向為逆時針轉動，轉動轉數為10r/min；

下軋輥轉動方向為順時針轉動，轉動轉數為10r/min；

鎂鋁硅鋅合金錠處于上軋輥和下軋輥之間，由左向右軋制；

鎂鋁硅鋅合金錠軋制為7道次，軋制后為鎂鋁硅鋅合金板；

③清理清洗

將鎂鋁硅鋅合金板置于鋼質平板上，用400目砂紙打磨鎂鋁硅鋅合金板周邊及正反表面，使其光潔；

然后用無水乙醇擦洗鎂鋁硅鋅合金板周邊及正反表面，使其潔凈；

(5)真空中溫回火

將鎂鋁硅鋅合金板置于真空熱處理爐中，進行中溫回火，真空度2Pa，回火溫度200℃，回火時間30min；

回火后為增強增韌型鎂鋁硅鋅合金板；

(6)檢測、分析、表征

對制備的增強增韌型鎂鋁硅鋅合金板的形貌、色澤、化學物理性能、力學性能進行檢測、分析、表征；

用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡及進行顯微組織觀察；

用X射線能譜儀進行化學成分分析；

用電子萬能試驗機進行力學性能檢測；

結論：增強增韌型鎂鋁硅鋅合金板為銀灰色，矩形板狀，金相組織致密性好，塑性韌性好，硬度達80HV，抗拉強度達340MPa；

(7)產物儲存

對制備的增強增韌型鎂鋁硅鋅合金板用軟質材料包裝，置于潔凈環境，要防潮、防曬、防酸堿鹽侵蝕，儲存溫度20℃，相對濕度≤10％。

有益效果

本發明與背景技術相比具有明顯的先進性，是針對鎂合金強度低、硬度低、塑性差、耐腐蝕性差、熱穩定性差的缺陷，采用在鎂合金中摻雜硅及有色金屬中間合金，經真空熔煉、熱輥軋成型、熱處理回火，制成增強增韌型鎂鋁硅鋅合金板，此制備方法工藝先進，數據精確翔實，制備的鎂鋁硅鋅合金板的金相組織致密性好，硬度達80HV，抗拉強度達340MPa，塑性韌性好，可在多種工業領域應用，是先進的制備鎂鋁硅鋅合金板的方法。

附圖說明

圖1.鎂鋁硅鋅合金液熔煉狀態圖；

圖2.鎂鋁硅鋅合金板熱輥軋狀態圖；

圖3.鎂鋁硅鋅合金板橫切面形貌圖；

圖4.鎂鋁硅鋅合金板X射線衍射強度圖譜；

圖5.鎂鋁硅鋅合金板掃描能譜圖；

圖6.鎂鋁硅鋅合金板應力-應變曲線圖；

圖中所示，附圖標記清單如下：

1、真空熔煉爐，2、爐底座，3、爐腔，4、爐頂座，5、出氣管閥，6、工作臺，7、熔煉坩堝，8、中頻感應加熱器，9、鎂鋁硅鋅合金熔液，10、氬氣，11、氬氣底吹泵，12、氬氣底吹管，13、真空泵，14、真空管，15、氬氣瓶，16、氬氣管，17、氬氣閥，18、電控箱，19、第一顯示屏，20、第一指示燈，21、第一電源開關，22、加熱溫度控制器，23、真空泵控制器，24、底吹泵控制器，25、第一導線，26、第二導線，27、左支架，28、右支架，30、熱輥軋機，31、左立柱，32、右立柱，33、機頂座，34、上軋輥加熱轉動箱，35、上軋輥架，36、上軋輥，37、下軋輥加熱轉動箱，38、下軋輥架，39、下軋輥，40、鎂鋁硅鋅合金板，41、第二顯示屏，42、第二指示燈，43、第二電源開關，44、上軋輥加熱轉動控制器，45、下軋輥加熱轉動控制器。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明做進一步說明：

圖1所示，為鎂鋁硅鋅合金液熔煉狀態圖，各部位置、連接關系要正確，按量配比，按序操作。

制備使用的化學物質的量值是按預先設置的范圍確定的，以克、毫升、厘米³為計量單位。

鎂鋁硅鋅合金液的熔煉是在真空熔煉爐內進行的，是在中頻感應加熱，氬氣底吹狀態下完成的；

真空熔煉爐1為立式，真空熔煉爐1的下部為爐底座2、上部為爐頂座4、內部為爐腔3；爐底座2的左下部為左支架27、右下部為右支架28；在爐腔3內底部設有工作臺6，在工作臺6上部置放熔煉坩堝7，熔煉坩堝7內部為鎂鋁硅鋅合金液9、外部為中頻感應加熱器8；在真空熔煉爐1的右上部設有出氣管閥5；在左支架27上設有氬氣底吹泵11，并連接氬氣底吹管12，氬氣底吹管12穿過爐底座2、真空熔煉爐1和工作臺6進入熔煉坩堝7；在真空熔煉爐1的左部設有氬氣瓶15，氬氣瓶15上部設有氬氣閥17、氬氣管16，并連接氬氣底吹泵11、氬氣底吹管12，并向熔煉坩堝7內輸入氬氣10；在右支架28上設有真空泵13，真空泵13穿過爐底座2、真空熔煉爐1與爐腔3連通；在真空熔煉爐1的右部設有電控箱18，在電控箱18上設有第一顯示屏19、第一指示燈20、第一電源開關21、加熱溫度控制器22、真空泵控制器23、底吹泵控制器24；電控箱18通過第一導線25與中頻感應加熱器8連接；電控箱18通過第二導線26與氬氣底吹泵11、真空泵13連接。

圖2所示，為鎂鋁硅鋅合金板熱輥軋狀態圖，各部位置、連接關系要正確，安裝牢固。

熱輥軋機為立式，在熱輥軋機30上部設有左立柱31、右立柱32，并連接機頂座33，組成整體機型；在機頂座33下部設有上軋輥加熱轉動箱34，上軋輥加熱轉動箱34下部連接上軋輥架35，上軋輥架35連接上軋輥36；在熱輥軋機30上部設有下軋輥加熱轉動箱37，下軋輥加熱轉動箱37上部設有下軋輥架38，下軋輥架38上部連接下軋輥39；在上軋輥36與下軋輥39之間為鎂鋁硅鋅合金板40；上軋輥36的轉動方向為逆時針轉動，下軋輥39的轉動方向為順時針轉動；上軋輥36的轉動轉數為10r/min，下軋輥39的轉動轉數為10r/min；上軋輥36與下軋輥39同時轉動軋制鎂鋁硅鋅合金板40，軋制道次為7道次。

圖3所示，為鎂鋁硅鋅合金板橫切面形貌圖，圖中所示：鋁硅中間合金引入的穩定細小的Mg₂Si相周圍晶粒顯著細化，形成了由細晶粒包圍粗晶粒的雙尺度混晶組織，可使合金強度大幅提高的同時保持良好的塑性。

圖4所示，為鎂鋁硅鋅合金板X射線衍射強度圖譜，圖中所示：縱坐標為衍射強度，橫坐標為衍射角，鎂鋁硅鋅合金板中主要物相為Mg基體相，包括Mg₁₇Al₁₂相、Mg₂Si相和MgZn相。

圖5所示，為鎂鋁硅鋅合金板掃描能譜圖，圖中所示：縱坐標為計數，橫坐標為能量，箭頭所指的物相進行點掃描能譜分析，顯示有鎂元素和硅元素存在，且鎂硅原子比為2.03，與Mg₂Si相的原子比相吻合，為Mg₂Si相。

圖6所示，為鎂鋁硅鋅合金板應力-應變曲線圖，圖中所示：縱坐標為應力，橫坐標為應變，圖中曲線1代表鎂鋁鋅合金，曲線2代表增強增韌型鎂鋁硅鋅合金，與鎂鋁鋅合金相比，鋁硅中間合金加入鎂鋁鋅合金，制備的鎂鋁硅鋅合金板抗拉強度顯著提高，達到340MPa。