本發明屬于金屬材料技術領域，涉及一種鎂鋅合金的制備技術，特別是涉及一種單相過飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法。

背景技術：

鎂鋅系合金是一類重要的鎂合金，通常具有較高的力學性能。在研究和工業生產中，希望得到顯微組織為單相過飽和固溶體的鎂鋅合金，由于固溶強化的作用合金具有較高的強度，又由于沒有第二相存在，在變形過程中也具有較高的塑性，并且鋅完全固溶在鎂基體中既可以提高基體的電極電位，也沒有相界面處發生內電偶腐蝕的問題，可以大大提高鎂鋅合金的耐蝕性，在平衡條件下，鋅在鎂中最大溶解度約為質量百分比6%(在325℃時)，因此理論上，在鎂鋅體系中，含Zn 6wt.%的單相的鎂鋅合金具有優異的綜合性能，單相過飽和固溶體鎂鋅合金具有重要的研究和應用價值。但是在實際的制備條件下，金屬溶液凝固過程中會從液相中析出塊狀共晶，隨著鋅含量的增加，這些共晶組織的數量增多，形成雙相甚至多相的顯微組織，粗大的塊狀第二相在容易造成強度低和成形性能差的問題。傳統解決這一問題的方法通常是采用均勻化熱處理以改善顯微組織，其原理是將鎂鋅合金加熱到300至350℃，并長時間保溫，讓塊狀共晶分解和溶解，然而這種方法存在兩個不足，一是長時間加熱造成晶粒粗大，材料力學性能和加工性能下降，二是即使長時間均勻化處理也很難將第二相完全溶解在基體中，很難得到單相過飽和固溶體的組織。

技術實現要素：

本發明的目的是針對均勻化熱處理促使共晶分解方法中出現的長時間加熱造成晶粒粗大、力學性能和加工性能下降、第二相在基體中溶解度差等不足，提出一種單相過飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法，可獲得單相過飽和固溶體組織，可進一步細化晶粒，提高材料力學性能和加工性能。

本發明的技術方案是：一種單相過飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法，其特征在于，包括如下操作步驟：

(1)將金屬鎂和金屬鋅熔化成液態金屬；

(2)對步驟(1)中的液態金屬進行攪拌、精煉處理得到精煉液態金屬，金屬液熔化后機械攪拌3～5分鐘，隨后靜置等熔渣上浮后將熔渣去除；

(3)將步驟(2)中的精煉液態金屬澆鑄成合金鑄錠；

(4)將步驟(3)中獲得的合金鑄錠進行均勻化熱處理和劇烈塑性變形，均勻化處理溫度為300～350℃，時間為2～6小時；

(5)將步驟(4)中經過劇烈塑性變形處理后的鎂鋅合金進行固溶處理，熱處理溫度為300～325℃，到達溫度后保溫2～4小時，隨后將試樣取出后在空氣或水中進行快速冷卻到室溫，即可得到單相過飽和固溶體的顯微組織。

步驟(3)中所述合金鑄錠中鋅元素含量低于總質量的6.0%。

步驟(4)中所述劇烈塑性變形為劇烈塑性變形工藝采用等通道擠壓、往復擠壓等方法，累計變形量在400%以上。

步驟(5)中所述保溫的時間根據試樣尺寸和形狀決定。

本發明的有益效果為：本發明提出的一種單相過飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法，制備原理清晰，由于溶質原子鋅在鎂基體中的擴散速度慢，擴散距離長，而本發明通過對鎂鋅合金進行劇烈塑性變形處理，當應變量足夠大時，原先粗大的第二相破碎成小顆粒，同時晶粒會顯著細化并有大量位錯、空位等晶體缺陷。單位體積內相界面數量越多，擴散速度越快，并且溶質原子需要擴散的距離越短，大量晶粒缺陷對于鋅在基體中的擴散非常有利，而在隨后的熱處理過程中，第二相的溶解速度大大加快，進一步細化了晶粒，獲得了單相過飽和固溶體的鎂鋅合金，提高了材料的力學性能和加工性能。

附圖說明

圖1是本發明在鑄態狀態下Mg-5%wt.Zn合金電子掃描顯微圖。

圖2是本發明在350℃、4小時鑄態下均勻化熱處理的電子掃描顯微圖。

圖3是本發明在200℃、4道次等通道轉角擠壓處理的電子掃描顯微圖。

圖4是本發明在200℃、4道次等通道轉角擠壓處理后再進行350℃、4小時均勻化熱處理的電子掃描顯微圖。

圖5是本發明在鑄態狀態下Mg-6%wt.Zn合金電子掃描顯微圖。

圖6是本發明在350℃、4小時鑄態下均勻化熱處理的電子掃描顯微圖。

圖7是本發明在200℃、6道次等通道轉角擠壓處理的電子掃描顯微圖。

圖8是本發明在200℃、6道次等通道轉角擠壓處理后再進行350℃、4小時均勻化熱處理的電子掃描顯微圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步說明：

一種單相過飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法，包括如下操作步驟：

(1)將金屬鎂和金屬鋅熔化成液態金屬；

(2)對步驟(1)中的液態金屬進行攪拌、精煉處理得到精煉液態金屬，金屬液熔化后機械攪拌3～5分鐘，隨后靜置等熔渣上浮后將熔渣去除；

(3)將步驟(2)中的精煉液態金屬澆鑄成合金鑄錠；

(4)將步驟(3)中獲得的合金鑄錠進行均勻化熱處理和劇烈塑性變形，均勻化處理溫度為300～350℃，時間為2～6小時；

(5)將步驟(4)中經過劇烈塑性變形處理后的鎂鋅合金進行固溶處理，熱處理溫度為300～325℃，到達溫度后保溫2～4小時，隨后將試樣取出后在空氣或水中進行快速冷卻到室溫，即可得到單相過飽和固溶體的顯微組織。

一種單相過飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法，步驟(3)中所述合金鑄錠中鋅元素含量低于總質量的6.0%；步驟(4)中所述劇烈塑性變形為劇烈塑性變形工藝采用等通道擠壓、往復擠壓等方法，累計變形量在400%以上；步驟(5)中所述保溫的時間根據試樣尺寸和形狀決定。

一種單相過飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法的原理如下：對鎂鋅合金先進行劇烈塑性變形處理，當應變量足夠大時，原先粗大的第二相破碎成小顆粒，同時晶粒會顯著細化并有大量位錯、空位等晶體缺陷。單位體積內相界面數量越多，擴散速度越快，并且溶質原子需要擴散的距離越短，材料中大量晶粒缺陷對于鋅在基體中的擴散非常有利。在隨后的熱處理過程中，第二相的溶解速度大大加快，從而得到單相過飽和固溶體的鎂鋅合金。

實施例1：

如圖1～4所示，一種單相過飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法，Mg-5%wt.Zn合金鑄造后的形成塊狀共晶，經過4小時350℃均勻化熱處理后共晶分解，但第二相沒有消失且仍然粗大，這說明均勻化處理效果并不理想。經過200℃、4道次等通道轉角擠壓處理后，粗大的第二相破碎成小顆粒，且分布均勻，再經過4小時的350℃均勻化熱處理，原先第二相的區域邊界模糊或者消失，除少量溶質原子聚集區，幾乎完全溶解。

實施例2：

如圖5～8所示，一種單相過飽和固溶體鎂鋅合金的制備方法，Mg-6%wt.Zn合金鑄造后的形成塊狀共晶，經過4小時350℃均勻化熱處理后共晶分解，仍然有部分第二相沒有溶解。經過200℃、6道次等通道轉角擠壓處理后，粗大的塊狀相破碎變形尺寸減小，周圍分布有細小的析出相，6道次等通道轉角擠壓處理后再經過4小時的350℃均勻化熱處理，除晶界上有少量小尺寸的第二相顆粒分布，基體中幾乎沒有第二相存在，這說明本發明對于均勻化鎂鋅合金的顯微組織，制備單相過飽和固溶體鎂鋅合金是非常有效的。