本發明涉及一種摻雜二硼化鈦的耐磨鎂合金的制備方法，屬有色金屬合金增強制備及應用的技術領域。

背景技術：

鎂及鎂合金是最輕的有色金屬結構材料，可在機械、電子、航空、醫學、日用工業中應用，具有高的比強度、比模量，具有優良的加工性能；但是鎂及鎂合金強度低、硬度低、耐高溫性能差、耐磨損性能差，使鎂及鎂合金的應用受到了很大的局限；故必須對鎂及鎂合金的力學性能及耐摩擦性能進行改進，才能擴展鎂及鎂合金的應用范圍。

鎂及鎂合金的增強增韌方法有多種形式，例如摻雜金屬法、軋制法、等通道擠壓法，但這些方法仍存在技術上的不足，很難達到高精尖產品的使用要求。

合金復合化是提高鎂合金耐磨性的有效方法，在合金復合化的同時對其變形工藝進行優化是提高鎂合金力學性能及耐磨性的有效途徑，這一技術還在科學研究中。

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，以鎂合金為原料，摻雜二硼化鈦，經熔煉、鑄造成錠、加壓凝固、固溶處理、熱擠壓，制成耐磨鎂合金，以增強鎂合金的韌性及耐磨性能。

技術方案

本發明使用的化學物質材料為：鎂合金、二硼化鈦、氫氟酸、去離子水、無水乙醇、二氧化碳，其組合準備用量如下：以克、毫升、厘米³為計量單位

鎂合金：AZ91，固態塊體1000g±0.01g

二硼化鈦：TiB₂，固態粉體624.31g±0.01g

氫氟酸：HF，液態液體，100mL±10mL

去離子水：H₂O,液態液體，1000mL±10mL

無水乙醇：C₂H₅OH，1000mL±10mL

二氧化碳：CO₂，800000cm³±100cm³

制備方法如下：

(1)預處理鎂合金

將鎂合金塊體置于鋼質平板上，用機械切割成小塊，小塊尺寸≤5mm×3mm×4mm；

然后置于干燥爐中干燥，干燥溫度105℃，以消除表面水汽；

(2)預處理二硼化鈦

①配制氫氟酸水溶液

量取氫氟酸76mL±0.001mL，去離子水924mL±0.001mL，加入量桶中，攪拌5min,成1.7mol/L的氫氟酸水溶液；

②將二硼化鈦624.31g±0.01g加入氫氟酸水溶液中，浸泡24小時，成混合液；

③抽濾

將混合液置于抽濾瓶的漏斗中，用微孔濾膜進行抽濾，留存濾餅，棄去濾液；

④干燥

將二硼化鈦濾餅裝入石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥溫度80℃，真空度2Pa，干燥時間120min；

然后升溫至100℃，干燥時間30min；

繼續升溫至120℃，干燥時間10min；

⑤預氧化

將干燥后的二硼化鈦顆粒置于普通干燥箱中進行預氧化；

加熱溫度120℃，加熱時間10min；

然后升溫至150℃，加熱時間2min；

(3)熔煉制備耐磨鎂合金

熔煉制備耐磨鎂合金是在真空熔煉爐內進行的，是在抽真空、輸入二氧化碳氣體、中頻感應加熱熔煉、外水循環冷卻下完成的；

①制備開合模具

開合式模具用不銹鋼材料制造，模具型腔為圓筒形，型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；

②清理真空熔煉爐

打開真空熔煉爐，用金屬鏟、金屬刷清理熔煉坩堝，然后用無水乙醇進行清洗，使坩堝內潔凈；

向熔煉爐內輸入二氧化碳氣體，清除爐內有害氣體，然后關閉熔煉爐；

③開啟真空泵，抽取真空熔煉爐內空氣，使爐內壓強達2Pa；

④將預處理的鎂合金塊加入熔煉坩堝內；

⑤開啟二氧化碳氣體瓶，向真空熔煉爐內輸入二氧化碳氣體，二氧化碳輸入速度100cm³/min，使爐內壓強恒定在0.1MPa；開啟中頻感應加熱器，加熱溫度780℃±2℃，加熱熔煉時間40min，熔煉后成合金熔液；熔煉后停止加熱，使鎂合金溶液降至595℃；

⑥將預處理的二硼化鈦顆粒通過加料斗加入熔煉坩堝內；

開啟熔煉坩堝內攪拌器，攪拌轉數28轉/min，熔煉攪拌時間20min；

⑦重新開啟中頻感應加熱器，加熱溫度780℃±2℃，繼續熔煉10min；熔煉后成摻雜二硼化鈦的耐磨鎂合金熔液；

⑧澆鑄成型

預熱開合式模具，預熱溫度400℃；

關閉二氧化碳氣體瓶，關閉中頻感應加熱器，停止加熱；

打開熔煉爐，取出熔煉坩堝，對準開合式模具進行澆鑄，澆滿為止；

⑨加壓凝固，冷卻

將澆鑄了熔液的開合式模具置于壓力機上，進行壓制，壓力壓強100MPa，加壓冷卻至400℃；

開模，取出鑄錠；

將鑄錠埋入細砂中，自然冷卻至25℃

(4)切制、清理、清洗

將鎂合金鑄錠置于鋼質平板上，用機械切割成的鎂合金錠；

然后用400目砂紙進行打磨，使外圓及端面潔凈；

(5)熱處理

將鎂合金錠置于熱處理爐內，進行加熱處理；

加熱溫度380℃，加熱時間1h；

然后升溫至420℃，固溶處理2h；

隨后隨爐冷卻至200℃，保溫時間20h；

熱處理后停止加熱，使鎂合金錠隨爐冷卻至25℃；

(6)低速熱擠壓

耐磨鎂合金錠的熱擠壓是在立式擠壓機上進行的，是在圓筒形模具內，在加熱、加壓過程中完成的；

①制備熱擠壓開合式模具

熱擠壓開合式模具用工具鋼材料制作，模具型腔為圓筒形，型腔尺寸為型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；

②將固溶處理后的鑄錠置于熱擠壓開合式磨具內；

然后置于熱擠壓機的工作臺上，上壓頭對準開合式模具，垂直施壓；

開啟熱擠壓機加熱器，加熱溫度420℃，施壓壓強300Mpa，加熱施壓時間3min；

擠壓后停止加熱，關閉熱擠壓機，隨后隨爐冷卻至220℃，開啟熱擠壓機，繼續施壓，施壓壓強500Mpa，加熱施壓時間35min；

擠壓后停止加熱，在施壓狀態下冷卻至25℃；

停止施壓，開模取出鑄錠，即耐磨鎂合金塊；

(7)清理、清洗

將耐磨鎂合金塊置于鋼質平板上，用400目砂紙打磨鎂合金塊外圓及端面，使其清潔；

然后用無水乙醇清洗，使鎂合金塊外圓及端面潔凈；

清理清洗后成：摻雜二硼化鈦的耐磨鎂合金塊；

(8)檢測、分析、表征

對制備的摻雜二硼化鈦的耐磨鎂合金塊的形貌、色澤、力學性能進行檢測、分析、表征；

用光學顯微鏡進行顯微組織形貌分析；

用X射線衍射儀進行物相分析；

用顯微維氏硬度計進行材料硬度分析；

用摩擦磨損試驗機進行材料的摩擦磨損性能分析；

結論：摻雜二硼化鈦的耐磨鎂合金塊為銀灰色塊狀，硬度達250HV，最大摩擦系數為0.536。

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、耐高溫性能差、耐磨性能差的情況，在鎂合金中摻雜二硼化鈦，經真空熔煉、澆鑄成錠、加壓凝固、固溶處理、低速熱擠壓，制成耐磨鎂合金，提高了鎂合金的強度、硬度、韌性及耐磨性能；此制備方法工藝先進，數據精確翔實，耐磨鎂合金硬度達250HV，最大摩擦系數為0.536，耐磨性能好，是先進的制備耐磨鎂合金的方法。

附圖說明

圖1，耐磨鎂合金熔煉狀態圖

圖2，耐磨鎂合金低速熱擠壓狀態圖

圖3，耐磨鎂合金橫切面金相組織形貌圖

圖4，耐磨鎂合金X射線衍射強度圖譜

圖中所示，附圖標記清單如下：

1、真空熔煉爐，2、爐座，3、爐蓋，4、工作臺，5、熔煉坩堝，6、中頻感應加熱器，7、耐磨鎂合金熔液，8、第一顯示屏，9、第一指示燈，10、第一電源開關，11、中頻感應加熱控制器，12、攪拌控制器13、真空泵控制器14、真空泵，15、真空閥，16、真空管，17、二氧化碳氣體瓶，18、氣體閥，19、氣體管，20、二氧化碳氣體，21、爐腔，22、出氣管閥，23、攪拌器，24、加料斗，25、控制閥，26、外水循環冷卻管，27、進水閥，28、回水閥，29、導線，30、熱擠壓機，31、左立柱，32、右立柱,33、頂座，34、壓力電機，35、加熱工作臺，36、圓筒形擠壓模具，37、下墊塊,38、耐磨鎂合金鑄錠，39、上壓塊，40、上壓頭，41、壓力塊，42、電控箱，43、第二顯示屏，44、第二指示燈，45、第二電源開關，46、壓力電機控制器，47、加熱工作臺控制器，48、固定座。

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，為耐磨鎂合金熔煉狀態圖，各部位置要正確，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、毫米、厘米³為計量單位。

真空熔煉爐為立式，真空熔煉爐1的下部為爐座2、上部為爐蓋3、內部為爐腔21；在爐腔21的內底部設有工作臺4，在工作臺4的上部為熔煉坩堝5，熔煉坩堝5的外部為中頻感應加熱器6，熔煉坩堝5內為耐磨鎂合金熔液7，爐腔21內由二氧化碳氣體20充填；在爐蓋3上部設有加料漏斗24、攪拌器23，加料漏斗24上設有控制閥25，加料漏斗24穿過爐蓋3連通熔煉坩堝5；攪拌器23穿過爐蓋3深入熔煉坩堝5內底部；在真空熔煉爐1的外部設有外水循環冷卻管26，外水循環冷卻管26上設有進水閥27、回水閥28，并與外接水源連接；在真空熔煉爐1的右部設有真空泵14，真空泵14上部設有真空閥15、真空管16，并伸入爐腔21內；在真空熔煉爐1的左部設有二氧化碳氣瓶17，二氧化碳氣瓶17上部設有氣體閥18、氣體管19，并向爐腔21內輸入二氧化碳氣體20；在爐座2上設有第一顯示屏8、第一指示燈9、第一電源開關10、中頻感應加熱控制器11、攪拌控制器12、真空泵控制器13；爐座2通過導線29連接真空泵14、攪拌器23、中頻感應加熱器6。

圖2所示，為耐磨鎂合金低速熱擠壓狀態圖，各部位置要正確，按序操作。

鎂合金錠的低速熱擠壓是在立式擠壓機上進行的，是在加熱、施壓過程中完成的；

熱擠壓機為立式，熱擠壓機30上部分左右設有左立柱31、右立柱32，并連接頂座33；在熱擠壓機30中間部位上部為加熱工作臺35，在加熱工作臺35上部垂直置放圓筒形擠壓模具36，并由固定座48固定；在圓筒形擠壓模具36內底部置放下墊塊37，下墊塊37上部置放耐磨鎂合金錠38，在耐磨鎂合金錠38上部由上壓塊39壓住；在上壓塊39上部連接上壓頭40，上壓頭40上部連接壓力塊41，壓力塊41上部通過頂座33與壓力電機34連接；在熱擠壓機30的左部設有電控箱42，在電控箱42上設有第二顯示屏43、第二指示燈44、第二電源開關45、壓力電機控制器46、加熱工作臺控制器47；電控箱47通過電纜48與熱擠壓機30連接。

圖3所示，為耐磨鎂合金橫切面金相組織形貌圖，圖中所示，由明亮的鎂合金基體和黑色的二硼化鈦顆粒組成，金相組織致密性好。

圖4所示，為耐磨鎂合金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2θ，圖譜的衍射峰由α-Mg、TiB₂和Mg₁₇Al₁₂三種種物質的衍射峰組成。