CN109763009A - 一种电流处理Mg-Zn-Gd准晶合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电流处理Mg‑Zn‑Gd准晶合金的方法，通过电流处理后合金由五次花瓣状准晶相（I相）转变为双生条状准晶类似相（W相），同时基体析出纳米增强相‑β'1相，合金的强度、韧性及耐蚀性能得到了一定的提高。该方法操作简单方便、设备要求低、便于推广，从而使准晶合金的应用范围得以提高。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域，特别涉及一种电流处理Mg-Zn-Gd准晶合金的方法。
背景技术
准晶是在急冷的Al-Mn合金中被发现，是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。准晶是具有准周期平移格子构造的固体，其中的原子常呈定向有序排列，但不作周期性平移重复，其对称要素包含与晶体空间格子不相容的对称。衍射花样具有五次、八次、十次和十二次对称。因其结构特点，准晶合金具有许多优异的性能如：高硬度、低摩擦系数、不粘性、耐蚀、耐腐等。申请号为201510658774.8的中国专利报道了一种Mg-Zn-Gd准晶合金增强AZ91镁合金的制备方法，提高了镁合金的强度及塑性。但是准晶材料在常温下呈脆性，这大大限制了准晶的应用。因此研究提高准晶合金常温塑性、韧性的工艺尤为重要。
发明内容
本发明针对目前准晶合金脆性较大等缺点提供了一种电流处理Mg-Zn-Gd准晶合金的方法，使得合金的综合性能有明显的提高。本发明是通过以下技术方案实现的：
一种脉电流处理Mg-Zn-Gd准晶合金的方法，即对Mg-Zn-Gd准晶合金进行电流处理，使准晶相（I相）转变为准晶类似相（W相）同时基体析出纳米β'1相。
制备的Mg-Zn-Gd准晶合金的准晶相（I相）为五次花瓣状，尺存为15~30μm；电流处理后所得的准晶类似相（W相）为成对存在的条状相，尺寸为20~35μm；基体析出的纳米增强相-β'1相尺寸为100~300nm。
优选地，Mg-Zn-Gd准晶合金原料组分及质量百分含量如下：Mg 34.75~38.86%，Zn43.33~49.51%，Gd 16.12~19.63%。
具体的制备方法为：
（1）制备Mg-Zn-Gd准晶合金
按照计算配比准备好原料，清理干净石墨坩埚并将其在200℃预热，将镁和锌原料放入坩埚中，然后在通入SF6和CO2混合保护气体的700~750℃的电阻炉中熔化成金属液体。然后加入Mg-Gd中间合金，待合金熔化后保温10~15分钟。最后将金属液体浇入模具中获得成分均匀的准晶合金。
（2）对Mg-Zn-Gd准晶合金进行电流处理
将制备的准晶合金加工成10*10*1mm的金属薄片，对薄片试样通以电流，通过改变不同的电压大小、频率、时间等参数制备含不同体积分数的W相及β'1相的合金。
优选地，在熔炼过程中通入的保护气为SF6和CO2混合气体，体积比例为1:50。
优选地，Mg-Gd中间合金熔化后保温10~15分钟。
优选地，电流处理是直接对固体样品进行，实验期间保持电压大小及频率恒定。
优选地，电流处理的电压大小为0.1~10v，频率为50Hz~10000Hz，时间为0.1~12h。
在制备过程中，锌以工业纯锌的形式添加；镁部分以工业纯镁的形式添加，部分以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加；钆以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加。
附图说明
图1.实施例1制备的电流处理的Mg-Zn-Gd合金的微观组织图a及局部放大图b。
图2.实施例2制备的电流处理的Mg-Zn-Gd合金的微观组织图。
图3.实施例3制备的电流处理的Mg-Zn-Gd合金的微观组织图a及纳米β'1相图b。
图4.对比例1制备的常规Mg-Zn-Gd准晶合金的微观组织图及其衍射图。
有益效果
1.本发明采用较为简单、新颖的电流处理方法，通过控制电流频率和大小以及处理时间，使准晶相（I相）在常温时转变为准晶类似相（W相），同时在基体析出纳米增强相-β'1相。
2.本发明中所制备的电流处理的Mg-Zn-Gd合金的强度、硬度及耐蚀性等力学性能较为优异，塑性、韧性明显提高。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施，给出了相似的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种电流处理的Mg-Zn-Gd合金，其特征在于，有以下质量百分含量为：Mg 35%，Zn47.5%，Gd 17.5%；并通过电流处理，电压为0.1v，电流频率为100Hz，时间为1h。
采取以下步骤制得：
（1）按照质量百分比称取合金原料：Mg 35%，Zn 47.5%，Gd 17.5%。锌以工业纯锌的形式添加；镁部分以工业纯镁的形式添加，部分以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加；钆以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加。
（2）清理干净石墨坩埚并将其在200℃预热，将镁和锌原料放入坩埚中，然后在通入SF6和CO2（体积比例为1:50）混合保护气体的710℃的电阻炉中熔化成金属液体。然后加入Mg-Gd中间合金，待合金熔化后保温10~15分钟。最后将金属液体浇入模具中获得成分均匀的准晶合金。
（3）将制备的准晶合金加工成10*10*1mm的金属薄片，经表面处理后进行电流处理，电压为0.1v，电流频率为100Hz，时间为1h。
该合金抗拉强度为200MPa，硬度为146.5HV，延伸率为7.4%，腐蚀速率为45mg/cm2/d，W相体积分数为25%。
实施例2
一种电流处理的Mg-Zn-Gd合金，其特征在于，有以下质量百分含量为：Mg 36%，Zn 46%，Gd 18%；并通过电流处理，电压为0.1v，电流频率为1000Hz，时间为1.5h。
采取以下步骤制得：
（1）按照质量百分比称取合金原料：Mg 36%，Zn 46%，Gd 18%。锌以工业纯锌的形式添加；镁部分以工业纯镁的形式添加，部分以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加；钆以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加。
（2）清理干净石墨坩埚并将其在200℃预热，将镁和锌原料放入坩埚中，然后在通入SF6和CO2（体积比例为1:50）混合保护气体的720℃的电阻炉中熔化成金属液体。然后加入Mg-Gd中间合金，待合金熔化后保温10~15分钟。最后将金属液体浇入模具中获得成分均匀的准晶合金。
（3）将制备的准晶合金加工成10*10*1mm的金属薄片，经表面处理后进行电流处理，电压为0.1v，电流频率为1000Hz，时间为1.5h。
该合金抗拉强度为212MPa，硬度为133.8HV，延伸率为8.5%，腐蚀速率为41mg/cm2/d，W相体积分数为28%。
实施例3
一种电流处理的Mg-Zn-Gd合金，其特征在于，有以下质量百分含量为：Mg 35.5%，Zn46.5%，Gd 18%；并通过电流处理，电压为0.5v，电流频率为1000Hz，时间为2h。
采取以下步骤制得：
（1）按照质量百分比称取合金原料：Mg 35.5%，Zn 46.5%，Gd 18%。锌以工业纯锌的形式添加；镁部分以工业纯镁的形式添加，部分以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加；钆以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加。
（2）清理干净石墨坩埚并将其在200℃预热，将镁和锌原料放入坩埚中，然后在通入SF6和CO2（体积比例为1:50）混合保护气体的710℃的电阻炉中熔化成金属液体。然后加入Mg-Gd中间合金，待合金熔化后保温10~15分钟。最后将金属液体浇入模具中获得成分均匀的准晶合金。
（3）将制备的准晶合金加工成10*10*1mm的金属薄片，经表面处理后进行电流处理，电压为0.5v，电流频率为1000Hz，时间为2h。
该合金抗拉强度为225MPa，硬度为143.3HV，延伸率为6.7%，腐蚀速率为36.4mg/cm2/d，W相体积分数为72%。
实施例4
一种电流处理的Mg-Zn-Gd合金，其特征在于，有以下质量百分含量为：Mg 35.5%，Zn46.5%，Gd 18%；并通过电流处理，电压为1v，电流频率为1000Hz，时间为1h。
采取以下步骤制得：
（1）按照质量百分比称取合金原料：Mg 35.5%，Zn 46.5%，Gd 18%。锌以工业纯锌的形式添加；镁部分以工业纯镁的形式添加，部分以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加；钆以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加。
（2）清理干净石墨坩埚并将其在200℃预热，将镁和锌原料放入坩埚中，然后在通入SF6和CO2（体积比例为1:50）混合保护气体的720℃的电阻炉中熔化成金属液体。然后加入Mg-Gd中间合金，待合金熔化后保温10~15分钟。最后将金属液体浇入模具中获得成分均匀的准晶合金。
（3）将制备的准晶合金加工成10*10*1mm的金属薄片，经表面处理后进行电流处理，电压为1v，电流频率为1000Hz，时间为1h。
制备的Mg-Zn-Gd准晶合金的准晶相（I相）为五次花瓣状，尺存为15~30μm；电流处理后所得的准晶类似相（W相）为成对存在的条状相，尺寸为20~35μm；基体析出的纳米增强相-β'1相尺寸为100~300nm。
该合金抗拉强度为241MPa，硬度为142.7HV，延伸率为9.1%，腐蚀速率为28mg/cm2/d，W相体积分数为39%。
实施例5
一种电流热处理的Mg-Zn-Gd合金，其特征在于，有以下质量百分含量为：Mg 35.5%，Zn46.5%，Gd 18%；并通过电流处理，电压为1v，电流频率为1000Hz，时间为2h。
采取以下步骤制得：
（1）按照质量百分比称取合金原料：Mg 35.5%，Zn 46.5%，Gd 18%。锌以工业纯锌的形式添加；镁部分以工业纯镁的形式添加，部分以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加；钆以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加。
（2）清理干净石墨坩埚并将其在200℃预热，将镁和锌原料放入坩埚中，然后在通入SF6和CO2（体积比例为1:50）混合保护气体的720℃的电阻炉中熔化成金属液体。然后加入Mg-Gd中间合金，待合金熔化后保温10~15分钟。最后将金属液体浇入模具中获得成分均匀的准晶合金。
（3）将制备的准晶合金加工成10*10*1mm的金属薄片，经表面处理后进行电流处理，电压为1v，电流频率为1000Hz，时间为2h。
该合金抗拉强度为221MPa，硬度为143.4HV，延伸率为6.8%，腐蚀速率为37mg/cm2/d，W相体积分数为45%。
对比例1
一种常规Mg-Zn-Gd准晶合金，其特征在于，质量百分含量为：Mg 35.5%，Zn 46.5%，Gd18%。
制备方法如下：
（1）按照质量百分比称取合金原料：Mg 35.5%，Zn 46.5%，Gd 18%。锌以工业纯锌的形式添加；镁部分以工业纯镁的形式添加，部分以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加；钆以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加。
（2）清理干净石墨坩埚并将其在200℃预热，将镁和锌原料放入坩埚中，然后在通入SF6和CO2（体积比例为1:50）混合保护气体的720℃的电阻炉中熔化成金属液体。然后加入Mg-Gd中间合金，待合金熔化后保温10~15分钟。最后将金属液体浇入模具中获得成分均匀的准晶合金。
制备出的合金抗拉强度为155 MPa，硬度为148HV，延伸率为2.1%，腐蚀速率为43mg/cm2/d，不含W相。
对比例2
一种常规Mg-Zn-Gd准晶合金，其特征在于，质量百分含量为：Mg 35.5%，Zn 46.5%，Gd18%。
制备方法如下：
（1）按照质量百分比称取合金原料：Mg 35.5%，Zn 46.5%，Gd 18%。锌以工业纯锌的形式添加；镁部分以工业纯镁的形式添加，部分以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加；钆以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加。
（2）清理干净石墨坩埚并将其在200℃预热，将镁和锌原料放入坩埚中，然后在通入SF6和CO2（体积比例为1:50）混合保护气体的720℃的电阻炉中熔化成金属液体。然后加入Mg-Gd中间合金，待合金熔化后保温10~15分钟。最后将金属液体浇入模具中获得成分均匀的准晶合金。
（3）将制备的准晶合金加工成10*10*1mm的金属薄片，经表面处理后装入气氛热处理程控高温炉中，以5℃/min的速度升温至420℃，然后保温两小时。保温结束后以同样的速度炉冷到室温。
制备出的合金抗拉强度为168 MPa，硬度为146.4HV，延伸率为2.8%，腐蚀速率为45mg/cm2/d，不含W相。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。
Claims (7)
1.一种脉电流处理Mg-Zn-Gd准晶合金的方法，其特征在于，对Mg-Zn-Gd准晶合金进行电流处理，使准晶相I相转变为准晶类似相W相，同时基体析出纳米β'1相。
2.如权利1所述的一种脉电流处理Mg-Zn-Gd准晶合金的方法，其特征在于，制备的Mg-Zn-Gd准晶合金的准晶相I相为五次花瓣状，尺存为15~30μm；电流处理后所得的准晶类似相W相为成对存在的条状相，尺寸为20~35μm；基体析出的纳米增强相-β'1相尺寸为100~300nm。
3.如权利1所述的一种电流处理Mg-Zn-Gd准晶合金的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
（1）制备Mg-Zn-Gd准晶合金
按照计算配比准备好原料，清理干净石墨坩埚并将其在200℃预热，将镁和锌原料放入坩埚中，然后在通入SF6和CO2混合保护气体的700~750℃的电阻炉中熔化成金属液体，然后加入Mg-Gd中间合金，待合金熔化后保温10~15分钟，最后将金属液体浇入模具中获得成分均匀的准晶合金；
（2）对Mg-Zn-Gd准晶合金进行电流处理
将制备的准晶合金加工成10*10*1mm的金属薄片，对薄片试样通以电流，通过改变不同的电压大小、频率、时间参数制备含不同体积分数的W相及β'1相的合金。
4.如权利3所述的一种电流处理Mg-Zn-Gd准晶合金的方法，其特征在于，Mg-Zn-Gd准晶合金原料组分及质量百分含量如下：Mg 34.75~38.86%，Zn 43.33~49.51%，Gd 16.12~19.63%。
5.如权利要求3所述的一种电流处理Mg-Zn-Gd准晶合金的方法，其特征在于，通入的保护气为SF6和CO2混合气体，体积比例为1:50。
6.如权利要求3所述的一种电流处理Mg-Zn-Gd准晶合金的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的电压大小为0.1~10v，频率为50Hz~10000Hz，时间为0.1~12h。
7.如权利要求3所述的一种电流处理Mg-Zn-Gd准晶合金的方法，其特征在于，Mg-Gd中间合金是以Mg-29.96%Gd中间合金的形式添加。
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