【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)是一種納米結(jié)構(gòu)鎂合金塊體材料的制備方法及裝置，屬于鎂合金構(gòu)件制造。
技術(shù)介紹
1、晶粒細(xì)化是目前所知的既能提高強(qiáng)度，又能改善韌性的主要方法。制備納米晶的方法主要有以下兩種：top-down工藝，旨在細(xì)化常規(guī)組織材料的晶粒；bottom-up工藝，旨在從原子和分子的基礎(chǔ)上合成細(xì)小的晶粒組織。通常制備方法有：快速凝固、氣相沉積、機(jī)械合金化、低溫金屬成形和劇烈塑性變形等，其中劇烈塑性變形被認(rèn)為最適于工業(yè)化生產(chǎn)。相對(duì)傳統(tǒng)的塑性變形工藝而言，劇烈塑性變形技術(shù)的設(shè)計(jì)目的是在變形過程中保持坯料的外形基本不變，從而可以達(dá)到應(yīng)變不受材料外形的影響。大多數(shù)劇烈塑性變形過程實(shí)際上是一種循環(huán)的變形過程，但通常會(huì)有變形路徑的變化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)狀況而設(shè)計(jì)提供了一種納米結(jié)構(gòu)鎂合金塊體材料的制備方法及裝置，其目的是借助電脈沖的作用，借助鈦網(wǎng)及溫度、壓力的作用，通過不完全致密的半固態(tài)鎂合金塊體7制備出一種具有納米尺度級(jí)別微觀結(jié)構(gòu)的鎂合金塊體材料。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的是，本專利技術(shù)技術(shù)方案的內(nèi)容如下：
3、本專利技術(shù)技術(shù)方案提出了一種納米結(jié)構(gòu)鎂合金塊體材料的制備方法，該方法是將不完全致密的半固態(tài)鎂合金塊體7，在電脈沖和壓力的作用下反復(fù)通過鈦網(wǎng)4，使其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)被反復(fù)切割以達(dá)到納米化，最后再將該鎂合金塊體7完全致密化。
4、在實(shí)施時(shí)，所述鈦網(wǎng)4是在鐵粉末顆粒形成的基底上，由鈦粉末顆粒通過編織而構(gòu)建的具有剛度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，厚度為0.1～0
5、在實(shí)施時(shí)，所述鈦網(wǎng)4的制備流程過程是：通過3d打印制備鈦片，鈦片厚度為0.1～0.3mm，然后利用激光在鈦片上沖擊出規(guī)則排列的孔洞，孔洞直徑為0.01～0.05mm，孔洞在x和y方向間隔為0.01～0.03mm，重復(fù)上述操作，并將鈦片疊加在一起直至厚度達(dá)到1～3mm，孔洞深度與鈦片疊加的厚度一致。
6、在實(shí)施時(shí)，所述不完全致密的半固態(tài)鎂合金塊體7的致密度為85～90％。
7、在實(shí)施時(shí)，不完全致密的半固態(tài)鎂合金塊體7通過鈦網(wǎng)4時(shí)，不完全致密的半固態(tài)鎂合金塊體7加熱至500～700℃，鈦網(wǎng)4加熱至200～500℃。
8、為實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)所述方法，本專利技術(shù)技術(shù)方案還提出一種制備納米結(jié)構(gòu)鎂合金塊體材料的裝置，該裝置包括一個(gè)擠壓筒1，在擠壓筒1的中間放置一個(gè)鈦網(wǎng)4，將擠壓筒1分成左、右兩個(gè)空間，該鈦網(wǎng)4能夠沿中心軸線旋轉(zhuǎn)10～90°，在鈦網(wǎng)4的左側(cè)空間里設(shè)置有左壓頭6和與之外側(cè)連接的左脈沖電流發(fā)生器5，在鈦網(wǎng)4的右側(cè)空間里設(shè)置有右壓頭3和與之外側(cè)連接的右脈沖電流發(fā)生器2，左壓頭6和右壓頭3均能夠帶壓朝向鈦網(wǎng)4移動(dòng)。
9、在實(shí)施時(shí)，采用該裝置制備納米結(jié)構(gòu)鎂合金塊體材料的步驟如下：
10、步驟一、將純凈的-300～-500目鎂合金粉末在300～700℃條件下進(jìn)行熱等靜壓，熱等靜壓過程中，通過壓力控制使鎂合金粉末不完全致密，獲得致密度85～90％的半固態(tài)鎂合金塊體7，該半固態(tài)鎂合金塊體7的材料微觀結(jié)構(gòu)具有微米尺度；
11、步驟二、啟動(dòng)左脈沖電流發(fā)生器5和右脈沖電流發(fā)生器2，使鈦網(wǎng)4預(yù)熱并保持在200～500℃；
12、步驟三、將不完全致密的半固態(tài)鎂合金塊體7進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為600～750℃，預(yù)熱完畢后，將半固態(tài)鎂合金塊體7放入擠壓筒1的左側(cè)空間內(nèi)，使左壓頭6帶壓驅(qū)動(dòng)半固態(tài)鎂合金塊體7向右移動(dòng)，移動(dòng)速度為1～3mm/s，直至半固態(tài)鎂合金塊體7穿過鈦網(wǎng)4，此時(shí)，半固態(tài)鎂合金塊體7進(jìn)入了擠壓筒1的右側(cè)空間內(nèi)，旋轉(zhuǎn)鈦網(wǎng)4至下一個(gè)角度，再使右壓頭3帶壓驅(qū)動(dòng)半固態(tài)鎂合金塊體7向左移動(dòng)，移動(dòng)速度為1～3mm/s，直至半固態(tài)鎂合金塊體7穿過鈦網(wǎng)4，整體過程在1min內(nèi)完成；
13、步驟四、重復(fù)步驟三的過程五次以上，然后取出被逐漸消耗的鈦網(wǎng)4，使用左壓頭6和右壓頭3同時(shí)相向?qū)Π牍虘B(tài)鎂合金塊體7進(jìn)行雙向壓制，獲得全致密的鎂合金塊體。
14、另外，所述步驟四中，左壓頭6和右壓頭3的壓制溫度為400～500℃。
15、本專利技術(shù)技術(shù)方案是一種介于現(xiàn)有的top-down工藝和bottom-up工藝之間的制備納米鎂合金塊體材料的方法，其設(shè)計(jì)思路目前國(guó)內(nèi)外沿?zé)o報(bào)導(dǎo)。本專利技術(shù)技術(shù)方案是利用不完全致密的半固態(tài)鎂合金塊體材料，在電脈沖和壓力的作用下，不完全致密的半固態(tài)鎂合金塊體材料反復(fù)通過鈦網(wǎng)，其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)被反復(fù)切割，進(jìn)而達(dá)到納米化，最后在一定的溫度和壓力下，鎂合金塊體材料實(shí)現(xiàn)完全致密。
16、本專利技術(shù)技術(shù)方案的有益效果主要體現(xiàn)在：
17、1、通過本專利技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了鎂合金塊體材料從半固態(tài)到固態(tài)，從微米級(jí)到納米級(jí)微觀結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，納米級(jí)微觀結(jié)構(gòu)具有彌散性；
18、2、本專利技術(shù)方案中對(duì)于鎂合金塊體材料的制備，不需要過大噸位的裝備，實(shí)現(xiàn)劇烈塑性變形，在劇烈塑性變形過程中，鈦網(wǎng)起到細(xì)化微觀結(jié)構(gòu)的作用，在切割未完全致密的鎂合金塊體材料的同時(shí)，存在兩種細(xì)化機(jī)理，一種是機(jī)械破碎，未完全致密的鎂合金塊體材料中存在殘留的鎂合金粉末顆粒，在通過鈦網(wǎng)時(shí)，殘留的鎂合金粉末顆粒被切割，實(shí)現(xiàn)納米化，另一種是再結(jié)晶，晶粒在通過鈦網(wǎng)時(shí)，晶界被重構(gòu)，在脈沖電流的作用下，被強(qiáng)行切割的晶界為小角度晶界，通過鈦網(wǎng)后，迅速發(fā)生再結(jié)晶，并且在低溫和短時(shí)內(nèi)，沒有發(fā)生長(zhǎng)大；
19、3、本專利技術(shù)方案實(shí)施過程中，鎂合金塊體材料始終保持中低溫，避免了晶粒長(zhǎng)大，提高了制備效率；
20、4、本專利技術(shù)方案中，鈦網(wǎng)在厚度方向不是一個(gè)整體，而是若干層疊加在一起，這樣的設(shè)計(jì)可以大幅度減下鎂合金塊體材料通過鈦網(wǎng)時(shí)，對(duì)于鈦網(wǎng)的沖擊，間接提高了鈦網(wǎng)的剛度，避免其過早時(shí)效。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種納米結(jié)構(gòu)鎂合金塊體材料的制備方法，其特征在于：該方法是將不完全致密的半固態(tài)鎂合金塊體(7)，在脈沖電流和壓力的作用下反復(fù)通過鈦網(wǎng)(4)，使其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)被反復(fù)切割以達(dá)到納米化，最后再將該鎂合金塊體(7)完全致密化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)鎂合金塊體材料的制備方法，其特征在于：所述鈦網(wǎng)(4)是在鐵粉末顆粒形成的基底上，由鈦粉末顆粒通過編織而構(gòu)建的具有剛度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，厚度為0.1～0.5mm，孔隙尺寸為100～1000nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)鎂合金塊體材料的制備方法，其特征在于：所述鈦網(wǎng)(4)的制備流程過程是：通過3D打印制備鈦片，鈦片厚度為0.1～0.15mm，然后利用激光在鈦片上沖擊出規(guī)則排列的孔洞，孔洞直徑為0.01～0.05μm，孔洞在X和Y方向間隔為0.01～0.03mm，重復(fù)上述操作，并將鈦片疊加在一起直至厚度達(dá)到1～3mm，孔洞深度與鈦片疊加的厚度一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)鎂合金塊體材料的制備方法，其特征在于：所述不完全致密的半固態(tài)鎂合金塊體(7)的致密度為80～85％。
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6.一種用于權(quán)利要求1所述納米結(jié)構(gòu)鎂合金塊體材料的制備方法的裝置，其特征在于：該裝置包括一個(gè)擠壓筒(1)，在擠壓筒(1)的中間放置一個(gè)鈦網(wǎng)(4)，將擠壓筒(1)分成左、右兩個(gè)空間，該鈦網(wǎng)(4)能夠沿中心軸線旋轉(zhuǎn)10～90°，在鈦網(wǎng)(4)的左側(cè)空間里設(shè)置有左壓頭(6)和與之外側(cè)連接的左脈沖電流發(fā)生器(5)，在鈦網(wǎng)(4)的右側(cè)空間里設(shè)置有右壓頭(3)和與之外側(cè)連接的右脈沖電流發(fā)生器(2)，左壓頭(6)和右壓頭(3)均能夠帶壓朝向鈦網(wǎng)(4)移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于：采用該裝置制備納米結(jié)構(gòu)鎂合金塊體材料的步驟如下：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于：所述步驟四中，左壓頭(6)和右壓頭(3)的壓制溫度為400～500℃。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種納米結(jié)構(gòu)鎂合金塊體材料的制備方法，其特征在于：該方法是將不完全致密的半固態(tài)鎂合金塊體(7)，在脈沖電流和壓力的作用下反復(fù)通過鈦網(wǎng)(4)，使其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)被反復(fù)切割以達(dá)到納米化，最后再將該鎂合金塊體(7)完全致密化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)鎂合金塊體材料的制備方法，其特征在于：所述鈦網(wǎng)(4)是在鐵粉末顆粒形成的基底上，由鈦粉末顆粒通過編織而構(gòu)建的具有剛度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，厚度為0.1～0.5mm，孔隙尺寸為100～1000nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)鎂合金塊體材料的制備方法，其特征在于：所述鈦網(wǎng)(4)的制備流程過程是：通過3d打印制備鈦片，鈦片厚度為0.1～0.15mm，然后利用激光在鈦片上沖擊出規(guī)則排列的孔洞，孔洞直徑為0.01～0.05μm，孔洞在x和y方向間隔為0.01～0.03mm，重復(fù)上述操作，并將鈦片疊加在一起直至厚度達(dá)到1～3mm，孔洞深度與鈦片疊加的厚度一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)鎂合金塊體材料的制備方法，其特征在于：所述不完全致密的半固態(tài)鎂合金塊體...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：方爽，張敏聰，姜濤，李金棟，馬星宇，蘭博，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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