CN109252116B - 采用静电场辅助镁铝系合金时效热处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用静电场辅助镁铝系合金时效热处理的方法，本方法首先按镁铝系合金的固溶处理工艺参数，设定固溶炉参数，将镁铝系合金置于固溶炉内进行固溶处理；固溶处理结束后关闭固溶炉电源，将镁铝系合金取出进行快速淬火；根据镁铝系合金的时效工艺参数，设定时效炉参数，将镁铝系合金置于时效炉内进行时效处理，通过高压直流电源施加静电场，镁铝系合金接正极，辅助钢板接负极，镁铝系合金与辅助钢板之间保持绝缘安全间距，时效处理结束后关闭时效炉电源，将镁铝系合金取出进行快速淬火。本方法突破以传统合金元素法改善镁合金非连续析出所存在的瓶颈，工艺简单，能协同细化非连续析出相和连续析出相，提升时效热处理的强化效果。

Description

采用静电场辅助镁铝系合金时效热处理的方法
技术领域
本发明涉及工程材料的热处理技术领域，尤其涉及一种采用静电场辅助镁铝系合金时效热处理的方法。
背景技术
镁合金具有密度小、比强度高、节能减重之优势，被誉为21世纪的绿色工程材料之一。热处理时效析出强化是一种有效提高铸造镁合金力学性能的重要途径。然而，一部分镁合金体系，例如Mg-Al系和Mg-Li-Al系镁合金，在时效热处理过程中存在被公认为顽疾的“非连续析出相”。此类“非连续析出相”在晶界处析出、并以胞状生长方式不断向晶内延伸长大为粗大层片状，对合金的力学性能产生恶化后果。与之相应的是，连续析出相在晶内析出，尺寸较细小，对力学性能有利。因此，合理调控或消除非连续析出相、并且协同细化连续析出相，是提高此类镁合金强度的关键。
改善或抑制非连续析出相的传统方法是添加合金元素，如Au、Bi、Sn、Sb、Pb、Ca、RE、Cu等，但此法具有明显的缺点，例如：Au昂贵、且恶化合金耐腐蚀性能；Pb有毒，对合金熔炼及应用均不利；RE消耗Al元素、生成的针状Al-RE相对性能不利；Cu元素严重恶化镁合金的耐腐蚀性能，等等。因此，迫切需要发展更有效的新方法。
经检索表明，通过施加外场（能量场）有望对Mg-Al系镁合金的时效析出行为产生积极影响，如专利文献CN1912167A和CN201620184U分别提供了利用强磁场对Mg-Al合金进行热处理的方法及装置，表明在优化的工艺下有明显的效果。然而，由于磁场设备复杂、且对操作人员有一定的辐射危害，因此期望寻求更便捷环保的外场处理方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用静电场辅助镁铝系合金时效热处理的方法，本方法突破以传统合金元素法改善镁合金非连续析出所存在的瓶颈，工艺简单，在优化的工艺参数下能协同细化非连续析出相和连续析出相，提升时效热处理的强化效果。
为解决上述技术问题，本发明采用静电场辅助镁铝系合金时效热处理的方法包括如下步骤：
步骤一、固溶处理：根据镁铝系合金的固溶处理工艺参数，设定固溶炉参数，将镁铝系合金置于固溶炉内进行固溶处理；固溶处理结束后关闭固溶炉电源，将镁铝系合金取出进行快速淬火；
步骤二、时效处理：根据镁铝系合金的时效工艺参数，设定时效炉的参数，将已固溶处理的镁铝系合金置于时效炉内进行时效处理，时效处理过程中，通过高压直流电源施加静电场，镁铝系合金接正极，辅助钢板接负极，镁铝系合金与辅助钢板之间保持绝缘安全间距，时效处理结束后关闭时效炉电源，将镁铝系合金取出进行快速淬火。
进一步，所述镁铝系合金中Al含量为6wt%～12wt%。
进一步，所述固溶炉参数包括固溶温度和固溶时间，所述固溶温度为400℃～420℃、固溶时间为8～12h。
进一步，所述时效炉参数包括时效温度和时效时间，所述时效温度为170℃～200℃、时效时间为8～64h。
进一步，所述静电场强度为0.5～50kV/cm。
由于本发明采用静电场辅助镁铝系合金时效热处理的方法采用了上述技术方案，即本方法首先根据镁铝系合金的固溶处理工艺参数，设定固溶炉参数，将镁铝系合金置于固溶炉内进行固溶处理；固溶处理结束后关闭固溶炉电源，将镁铝系合金取出进行快速淬火；根据镁铝系合金的时效工艺参数，设定时效炉的参数，将已固溶处理的镁铝系合金置于时效炉内进行时效处理，时效处理过程中，通过高压电源施加静电场，镁铝系合金接正极，辅助钢板接负极，镁铝系合金与辅助钢板之间保持绝缘安全间距，时效处理结束后关闭时效炉电源，将镁铝系合金取出进行快速淬火。本方法突破以传统合金元素法改善镁合金非连续析出所存在的瓶颈，工艺简单，在优化的工艺参数下能协同细化非连续析出相和连续析出相，提升时效热处理的强化效果。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本方法镁铝系合金时效处理中静电场施加示意图。
具体实施方式
本发明采用静电场辅助镁铝系合金时效热处理的方法包括如下步骤：
步骤一、固溶处理：根据镁铝系合金的固溶处理工艺参数，设定固溶炉参数，将镁铝系合金置于固溶炉内进行固溶处理；固溶处理结束后关闭固溶炉电源，将镁铝系合金取出进行快速淬火；
步骤二、时效处理：根据镁铝系合金的时效工艺参数，设定时效炉的参数，将已固溶处理的镁铝系合金置于时效炉内进行时效处理，时效处理过程中，通过高压直流电源施加静电场，镁铝系合金接正极，辅助钢板接负极，镁铝系合金与辅助钢板之间保持绝缘安全间距，时效处理结束后关闭时效炉电源，将镁铝系合金取出进行快速淬火。
优选的，所述镁铝系合金中Al含量为6wt%～12wt%。
优选的，所述固溶炉参数包括固溶温度和固溶时间，所述固溶温度为400℃～420℃、固溶时间为8～12h。
优选的，所述时效炉参数包括时效温度和时效时间，所述时效温度为170℃～200℃、时效时间为8～64h。
优选的，所述静电场强度为0.5～50kV/cm。
本方法以静电场从原子、电子等理论角度，对镁铝系合金的热处理过程起到微观调控作用，从而对时效析出动力学、时效析出的强化效果产生影响；静电场施加于镁铝系合金的整个时效处理过程，从而抑制非连续析出相的数量及长大、同时细化连续析出相；抑制镁铝系合金在普通时效处理中常出现的对力学性能不利的非连续析出相的比例，改善镁铝系合金显微组织及力学性能；另一方面，由于外加静电场促进了连续析出相的形核效率，故缩短了时效处理时间、降低能耗。本方法根据待处理镁铝系合金的成分不同、时效析出强化潜力不同，可对具体工艺参数进行灵活调整，总体目标为抑制非连续析出相的数量及生长，对非连续析出相作出改性，同时细化连续析出相。
本方法采用静电场辅助进行时效处理，所需设备简单，无明显辐射，也已被文献证明对Al-Li、Al-Cu、GH4169等合金材料的时效行为具有一定的改善作用，晶内析出相尺寸细化且数量增多，晶界析出相也逐渐细小弥散化，从而显著改善了强度和塑性。其主要机制在于外加静电场提高空位平衡浓度、降低溶质原子扩散势垒、增加连续析出相的形核率、动态抑制非连续析出相的生成与长大，从而实现对时效析出行为的动态影响。相比于强磁场处理的方法，本方法设备占地规模更小，对操作人员更安全。
如图1所示，本方法中，外加静电场采用高压直流电源1，镁铝系合金2和辅助钢板3分别通过夹持架设于普通时效热处理炉4内，辅助钢板3设于镁铝系合金2两侧，需注意的是，高压直流电源1与时效炉4之间、以及样品夹持架的两极之间，均需做一定的绝缘防护，以防止短路；前者可以通过将导线穿入绝缘管而实现，后者可以通过搭建简单绝缘支架而实现。
实施例1
（1）先进行固溶处理：将AZ91镁合金进行固溶处理，固溶工艺为415℃×20h，固溶处理结束后将样品取出进行快速淬火；固溶效果以完全将Mg17Al12第二相消溶为准；
（2）再进行静电场辅助时效处理：将已固溶AZ91镁合金随之进行时效处理，时效工艺为200℃×64h；在整个时效处理过程中，施加静电场，将样品夹持在绝缘支架上以使静电场起到影响作用，镁合金样品接正极，辅助钢板接负极，两极之间保持一定的间距，静电场强度20kV/cm；时效处理结束后关闭电源，将镁合金样品取出进行快速淬火。
（3）观察对比未施加静电场与施加静电场的两种时效处理镁合金样品，发现非连续析出相的面积分数下降了10%左右，同时连续析出相面积分数增多，表明起到了较好的析出相改性效果。
实施例2
（1）先进行固溶处理：将AZ91镁合金进行固溶处理，固溶工艺为415℃×20h，固溶处理结束后将样品取出进行快速淬火；固溶效果以完全将Mg17Al12第二相消溶为准。
（2）再进行静电场辅助时效处理：将已固溶AZ91镁合金随之进行时效处理，时效工艺为200℃×32h；在整个时效处理过程中，施加静电场；将样品夹持在绝缘支架上以使静电场起到影响作用，镁合金样品接正极，辅助钢板接负极，两极之间保持一定的间距，静电场强度30kV/cm；时效处理结束后关闭电源，将镁合金样品取出进行快速淬火。
（3）观察对比未施加静电场与施加静电场的两种时效处理镁合金样品，发现非连续析出相的面积分数下降了18%左右，同时连续析出相面积分数增多，表明起到了较好的析出相改性效果。

Claims (2)

1.一种采用静电场辅助镁铝系合金时效热处理的方法，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、固溶处理：根据镁铝系合金的固溶处理工艺参数，设定固溶炉参数，将镁铝系合金置于固溶炉内进行固溶处理；固溶处理结束后关闭固溶炉电源，将镁铝系合金取出进行快速淬火；
步骤二、时效处理：根据镁铝系合金的时效工艺参数，设定时效炉的参数，将已固溶处理的镁铝系合金置于时效炉内进行时效处理，时效处理过程中，通过高压直流电源施加静电场，镁铝系合金接正极，辅助钢板接负极，镁铝系合金与辅助钢板之间保持绝缘安全间距，时效处理结束后关闭时效炉电源，将镁铝系合金取出进行快速淬火，其中，所述时效炉参数包括时效温度和时效时间，所述时效温度为170℃～200℃、时效时间为8～64h，所述镁铝系合金中Al含量为6wt%～12wt%，所述静电场强度为0.5～50kV/cm。
2.根据权利要求1所述的采用静电场辅助镁铝系合金时效热处理的方法，其特征在于：所述固溶炉参数包括固溶温度和固溶时间，所述固溶温度为400℃～420℃、固溶时间为8～12h。
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