本發明涉及合金技術領域，具體地說，涉及一種協同合金化擠壓鎂合金的制備方法。

背景技術：

新世紀以來，隨著礦產資源日益枯竭和溫室氣體的大量排放，節能減排成為全世界的重要課題。材料的輕量化可以有效降低能源消耗，對實現節能環保和可持續發展的戰略目標具有重要意義。鎂合金具有較高的比強度、比剛度，較低的密度，切削加工性好以及再生循環性好等優點，在航空領域和汽車工業具有廣泛的應用潛力。但目前各種商用鎂合金跟傳統的鋼鐵和鋁合金相比，其綜合力學性能稍遜一籌，限制了其更大范圍的應用。因此，鎂合金力學性能的改進吸引了廣泛研究。

合金化是提高鎂合金力學性能的有效方法。在鎂合金中添加合適的合金化元素可以減小晶粒尺寸，改善組織，進而提高鎂合金的力學性能。鈣、鋅、稀土元素都是常用的合金化元素。據報道，超高強度鎂釓釔鋅鋯合金京變形加工后，其拉伸強度可以超過500MPa。然而釓釔較高的價格和添加量，導致其成本過高，不適于大規模推廣應用。鑭鈰稀土作為重稀土分離過程中的副產品，憑借低廉的價格和良好的合金化作用，在鎂合金中具有較大潛力。稀土元素的引入還可以使合金表面形成更加致密的腐蝕產物膜，可以有效地一直合金的進一步腐蝕，對合金的耐腐蝕性能的提高也有著積極意義。除了合金化，鎂合金的變形加工同樣對力學性能的提高具有十分明顯的作用。通過大量的實驗，我們發現，在鎂合金中協同添加合金化元素，然后進行適當的變形加工，可以有效提高鎂合金的力學性能。

本文中，我們開發了一種簡單，高效，低成本的變形鎂合金。通過在鎂合金中協同添加鈣元素和鑭鈰混合稀土元素，經過一系列的熱處理和熱加工，制備出了力學性能顯著的提高的變形鎂合金。該合金晶粒明顯細化，并表現出良好的抗拉力學性能。該方法具有成本低，工藝簡單等特點，生產的鎂合金在航空航天、汽車以及電子工業中具有廣泛的應用潛力。

技術實現要素：

本專利提出了一種協同合金化擠壓鎂合金的制備方法，該方法通過在鎂合金中協同添加鈣元素和鑭鈰混合稀土元素，經過一系列的熱處理和熱加工，制備出了力學性能顯著提高的變形鎂合金。該合金晶粒明顯細化，并表現出良好的抗拉力學性能。該方法具有成本低，工藝簡單等特點，生產的鎂合金在航空航天、汽車以及電子工業中具有廣泛的應用潛力。

一種協同合金化擠壓鎂合金的制備方法，其特征在于：以鎂鋅為基材，通過添加鈣元素和鑭鈰混和稀土元素，鑄造出多元合金，隨后置于高溫環境中，進行一定時間的均勻化固溶處理，溫水中淬火，最后高溫預熱，進行熱擠壓，室溫冷卻，最終得到力學性能顯著提高的鎂合金擠壓棒材。

一種協同合金化擠壓鎂合金的制備方法，該方法具體包括以下步驟：

(1)鑄態合金的熔煉：在保護氣體氛圍中，將純鎂、純鋅置于電阻爐，加熱熔融，隨后添加鈣源(鎂鈣中間合金)和鑭鈰混合稀土，熔融后扒渣，待混合均勻，澆入模具，冷卻得到合金鑄錠；

(2)鑄錠的固溶處理：將步驟(1)得到的合金鑄錠放入金屬熱處理電阻爐，在高溫環境中，進行一定時間的均勻化熱處理，隨后進行水中淬火，得到單一的過飽和固溶體；

(3)高溫熱擠壓：將步驟(2)得到的固溶合金放入高溫環境，保溫一定時間，隨后進行熱擠壓加工，得到擠壓棒材。

3.步驟(1)所述的保護氣體為六氟化硫和二氧化碳的混合氣體，混合比例為40:1～30:1，加熱溫度為720℃～730℃。

優選地，步驟(1)所述的保護氣體的混合比例為40:1，加熱溫度為720℃。

4.步驟(1)所述的中間合金鎂鈣元素的質量比為50:50，混合稀土的比例為1:1。

5.步驟(2)所述的熱處理溫度為385℃,時間為8h～24h，淬火所用水的二次去離子水，水溫為65℃～75℃。

優選地，步驟(2)所述的熱處理時間為8h，淬火所用水溫為70℃。

6.步驟(3)所述的高溫環境溫度為200℃～220℃，保溫時間為0.5h～1h。

7.步驟(3)所述的熱擠壓加工，擠壓條件為：擠壓比為20，擠壓速率為1～2mm·s^-1。優選地，步驟(3)所述的熱擠壓速率為1mm·s^-1。

8.本發明所制備的協同合金化擠壓鎂合金，抗拉強度達到301MPa，延伸率達到20.8％，具有優良的綜合力學性能，在航空航天、汽車以及電子工業中具有廣泛的應用潛力。本發明采用的方法具有成本低，工藝簡單等特點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做簡單介紹。下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對相關人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例所用的擠壓模具示意圖。

圖2a為協同合金化擠壓鎂合金的1000倍場發射電子顯微鏡圖片，圖2b為鈣元素合金化擠壓鎂合金的1000倍場發射電子顯微鏡圖片，圖2c為鑭鈰混合稀土元素合金化擠壓鎂合金的1000倍場發射電子顯微鏡圖片。

圖3為鈣或鑭鈰單一合金化擠壓鎂合金、協同合金化擠壓鎂合金的應力應變曲線。

具體實施方式

下面結合本發明實例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行詳細說明。以下所述內容為本發明構思下的基本說明，而依據本發明所做的任何等效變換，均應屬于本發明的保護范圍。

本發明中的一種協同合金化擠壓鎂合金的制備方法的表征是使用場發射電子顯微鏡(Hitachi S-4800，Japan)觀察合金的顯微組織、力學拉伸試驗機(Instron 5869，America)獲取合金的應以應變曲線。數據值均為3個試樣處測量數據的平均值。

實施例1：

(1)鑄態合金的熔煉：在六氟化硫和二氧化碳的混合比例為40:1的保護氣體氛圍中，將9.25kg純鎂、0.6kg純鋅置于電阻爐，720℃加熱熔融，隨后添加0.1kg鎂鈣中間合金，鎂鈣質量比為1:1，和0.05鑭鈰混合稀土，鑭鈰質量比為1:1，熔融后扒渣，待混合均勻，澆入45#鋼永久型模具，冷卻得到合金鑄錠；

(2)鑄錠的固溶處理：將步驟(1)得到的合金鑄錠放入金屬熱處理電阻爐，在385℃中，進行8h的均勻化熱處理，隨后進行70℃水中淬火，得到單一的過飽和固溶體；

(3)高溫熱擠壓：將步驟(2)得到的固溶合金、擠壓模具放入200℃環境中預熱，保溫0.5h，隨后進行熱擠壓，加壓比擠壓比為20，擠壓速率為1mm·s^-1，即制得所述的協同合金化擠壓鎂合金。圖2a為協同合金化擠壓鎂合金的1000倍場發射電子顯微鏡圖片，圖2b為鈣元素合金化擠壓鎂合金的1000倍場發射電子顯微鏡圖片，圖2c為鑭鈰混合稀土元素合金化擠壓鎂合金的1000倍場發射電子顯微鏡圖片。通過統計計算，協同合金化擠壓鎂合金的晶粒尺寸為3.2um，顯著減小。

實施例2：

(1)鑄態合金的熔煉：在六氟化硫和二氧化碳的混合比例為40:1的保護氣體氛圍中，將9.25kg純鎂、0.6kg純鋅置于電阻爐，720℃加熱熔融，隨后添加0.1kg鎂鈣中間合金，鎂鈣質量比為1:1，和0.05鑭鈰混合稀土，鑭鈰質量比為1:1，熔融后扒渣，待混合均勻，澆入45#鋼永久型模具，冷卻得到合金鑄錠；

(2)鑄錠的固溶處理：將步驟(1)得到的合金鑄錠放入金屬熱處理電阻爐，在385℃中，進行24h的均勻化熱處理，隨后進行70℃水中淬火，得到單一的過飽和固溶體；

(3)高溫熱擠壓：將步驟(2)得到的固溶合金、擠壓模具放入200℃環境中預熱，保溫1h，隨后進行熱擠壓，加壓比擠壓比為20，擠壓速率為1.5mm·s^-1，即制得所述的協同合金化擠壓鎂合金。圖3為鈣或鑭鈰單一合金化擠壓鎂合金、協同合金化擠壓鎂合金的應力應變曲線。協同合金化擠壓鎂合金的斷裂強度達到301MPa，延伸率達到20.8％，三種合金中，力學性能最佳。實施例2所得協同合金化擠壓鎂合金的力學性能與實施例1中基本相同。