专利名称：一种高力学性能与摩擦学性能镁合金制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高力学性能与摩擦学性能的镁合金制备方法，采用等通道转角挤压与激光熔凝技术相结合的方法制备高性能镁合金合金块材，提高镁合金的塑性、强度、硬度等机械性能及其摩擦学性能，进而提高该合金的实际工程应用价值。属于金属材料成型与加工技术领域。
背景技术：
镁合金是结构材料中最轻的金属，具有密度小、比强度高、刚度好、电磁屏蔽性强、无污染、能回收等优点，该合金还具有良好的耐腐蚀性、散热性、减振性、抗冲击性、抗电磁干扰性，以及优良的铸造性能和尺寸稳定性，被誉为21世纪的绿色工程材料。镁合金被广泛应用于数码摄像机、照相机、手机、笔记本电脑、电子产品等领域。为了节约资源、保护环境、减少公害和使产品轻量化，近年来镁合金在汽车工业及航空航天等行业得到了广泛的应用。随着科学技术的发展及各种行业对镁合金的大量需求，对镁合金的性能提出了更高的要求，但由于镁合金本身还存在强度及耐磨性能差等问题，制约着镁合金应用范围的进一步扩大。我国的镁资源丰富，是目前世界上最大的原镁生产和出口之一，但是，在研究和开发镁合金特别是变形镁合金领域，仍处于起步阶段。制备高性能变形镁合金对于发挥镁合金优良的性能，利用我国的资源优势，促进中国社会可持续发展以及建设资源节约型和环境友好型社会都具有非常迫切和十分重要的战略意义。现有提高镁合金力学性能的方法一般采用传统的塑性变形法，通过传统的塑性变形法虽可在一定程度上提高镁合金的力学性能，但这种方法也存在一定得不足之处。轧制与常规挤压等传统的加工工艺由于在加工过程中金属材料横截面积不断减小，故当工程应用中提出更高的要求时，此类方法就难以满足要求，且轧制后的板材组织不均匀，各向异性严重、生产1_以下的薄板比较困难，而锻造等塑性变形工艺变形程度有限，镁合金力学性能提升较小，且传统塑性变形法只能小幅度改善镁合金的力学性能，对提高摩擦学性能影响较小。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种可制备具有高综合性能的镁合金制备方法，既可显著提高镁合金的力学性能，又可显著提高镁合金的 摩擦学性能，解决了现有工艺力学性能与摩擦学性能难以兼顾的难题。为实现这一目的，本发明的技术方案中，采用了等通道转角挤压与激光熔凝技术相结合的方法。首先将铸态、轧态或锻态的镁合金进行机加工，切割成块状坯料，对坯料进行表面加工处理，使坯料表面平整光滑，在坯料表面涂敷石墨润滑剂后，采用等通道转角挤压模具进行等通道转角挤压，经过4道次等通道转角挤压处理后，对处理后的镁合金进行表面清理，进行激光熔凝处理，最终获得力学性能、摩擦学性能等性能良好的镁合金材料。本发明的一种高力学性能与摩擦学性能的镁合金制备方法具体为:将镁合金毛坯采用线切割加工方法加工成与等通道转角挤压模具截面形状相同块状坯料，并对坯料表面进行磨削，使坯料表面光滑平整，具有较高的光洁度。用丙酮对坯料进行表面清洗，在70 120°C的温度下预热10 20分钟，然后在坯料表面均匀涂敷石墨润滑剂，放在60 100°C的温度下烘干8 15分钟。本发明采用等通道转角挤压模具的挤压通道角度为60 120°。用丙酮对模具进行表面和型腔清洗，在150°C的温度下预热30 50分钟，然后涂敷石墨润滑剂，涂层厚度要均匀。将涂好润滑剂的镁合金坯料放入等通道转角挤压模具中，并将模具装配好，在液压万能试验机上对坯料进行挤压。对挤压出的坯料再进行表面处理使其光滑平整，并对模具型腔和坯料涂敷石墨润滑剂，再进行第2次挤压，重复以上过程，进行4道次以上等通道转角挤压。对经等通道转角挤压处理后的镁合金坯料进行表面磨削，用丙酮对坯料进行表面清洗，在120°C的温度下烘干10 20分钟，随后进行激光熔凝表面处理。激光熔凝处理过程中，可根据需要调整输出功率、扫描速度和离焦量等激光表面熔凝处理的工艺参数，可按需获得具有不同深度的表面处理层。本发明采用等通道转角挤压与激光熔凝相结合的制备方法，对镁合金先进行等通道转角挤压处理，再进行激光熔凝处理，此方法显著提高了镁合金的力学性能与摩擦学性能。若采用轧态或锻态镁合金，因此类镁合金已进行过塑性变形处理，等通道挤压次数可适当减少；若采用铸态镁合金，则等通道转角挤压次数可适当增加。等通道转角挤压处理后，镁合金强度、硬度等力学性能与常规塑性变形工艺处理的镁合金力学性能相比显著提高，可进一步提高镁合金的力学性能，制备出具有较高力学性能的镁合金基体材料；经过激光熔凝处理后，镁合金表面的摩擦学性能显著提高，最终获得综合性能高的镁合金材料，可充分发挥镁合金的优势，扩大镁合金的应用范围。试样在挤压前后尺寸不变，处理简单，成材率高，并可实现大工件加工。挤压前对模具型腔及待挤压的坯料分别进行润滑处理，可显著的降低坯料和模具工作表面间的滑动摩擦阻力，从而有效地提高合金材料的流动均匀性，保证挤压过程的顺利进行；润滑处理工艺方法简单，咸本低，经实际操作后，坯料与模具自行脱落，没有相互粘结在一起，工艺性好，且具有较高的工作效率。
具体实施例方式以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。实施例1:将牌号为ZMl的铸态镁合金毛坯采用线切割加工方法加工成截面积为20 X 20mm，长度为300mm的块状坯料，对坯料进行表面处理，使表面光滑平整。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，将坯料置于干净的不锈钢托盘上，在120°C的温度下预热15分钟，然后采用涂刷的方法在坯料表面均匀涂敷石墨润滑剂，涂敷后坯料在100°C的温度下烘干10分钟，若出现落涂、划痕、剥落等缺陷 ，则进行补涂或洗去重涂。用丙酮对挤压角度为90度模具进行表面和型腔清洗，在150°C的温度下预热40分钟，然后均匀涂敷石墨润滑剂。将涂好石墨润滑剂的镁合金放在模具中，把模具装配好，在液压万能试验机上进行挤压，将挤压出来的坯料再进行表面处理后进行第2-5次挤压。将等通道转角挤压处理后的镁合金ZMl进行表面处理，使表面光滑平整，用丙酮对坯料进行表面清洗，在120°C的温度下烘干10 20分钟，烘干后进行激光熔凝处理，选择合适的输出功率、扫描速度和离焦量等激光表面熔凝处理的工艺参数，获得了深度为0.3mm的表面处理层。实施例2:将牌号为AZ41M的轧态镁合金毛坯采用线切割加工方法加工成截面形状为圆形，截面半径为10mm，长度为300mm的圆柱形坯料，对坯料进行表面处理，使表面光滑平整。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，将坯料置于干净的不锈钢托盘上，在120°C的温度下预热15分钟，然后采用涂刷的方法在坯料表面均匀涂敷石墨润滑剂，涂敷后坯料在100°C的温度下烘干10分钟，若出现落涂、划痕、剥落等缺陷，则进行补涂或洗去重涂。用丙酮对挤压角度为90度模具进行表面和型腔清洗，在150°C的温度下预热40分钟，然后均匀涂敷石墨润滑剂。将涂好石墨润滑剂的镁合金放在模具中，把模具装配好，在液压万能试验机上进行挤压，将挤压出来的坯料再进行表面处理后进行第2-5次挤压。将等通道转角挤压处理后的镁合金进行表面处理，使表面光滑平整，用丙酮对坯料进行表面清洗，在120°C的温度下烘干10 20分钟，烘干后进行激光熔凝处理，选择合适的输出功率、扫描速度和离焦量等激光表面熔凝处理的工艺参数，获得了深度为0.4mm的表面处理层。实施例3:将牌号为AZ40M的锻态镁合金毛坯采用线切割加工方法加工成截面形状为圆形，截面半径为15mm，长度为200mm的圆柱形坯料，对坯料进行表面处理，使表面光滑平整。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，将坯料置于干净的不锈钢托盘上，在120°C的温度下预热15分钟，然后采用涂刷的方法在坯料表面均匀涂敷石墨润滑剂，涂敷后坯料在100°C的温度下烘干10分钟，若出现落涂、划痕、剥落等缺陷，则进行补涂或洗去重涂。用丙酮对挤压角度为90度模具进行表面和型腔清洗，在150°C的温度下预热40分钟，然后均匀涂敷石墨润滑剂。将涂好石墨润滑剂的镁合金放在模具中，把模具装配好，在液压万能试验机上进行挤压，将挤压出来的坯料再进行表面处理后进行第2-5次挤压。将等通道转 角挤压处理后的镁合金进行表面处理，使表面光滑平整，用丙酮对坯料进行表面清洗，在120°C的温度下烘干10 20分钟，烘干后进行激光熔凝处理，选择合适的输出功率、扫描速度和离焦量等激光表面熔凝处理的工艺参数，获得了深度为0.5mm的表面处理层。
权利要求
1.一种高力学性能与摩擦学性能镁合金制备方法，其特征在于:采用等通道转角挤压与激光熔凝相结合的方法，先对镁合金进行多道次等通道转角挤压处理，获得具有高力学性能的镁合金基体材料，后对经挤压处理后的镁合金进行激光熔凝表面处理，最终获得基体具有高力学性能，表面具有高摩擦学性能的镁合金块材。
2.根据权利要求1所述的高力学性能与摩擦学性能镁合金制备方法，其特征在于:用于等通道转角挤压的镁合金可以为铸态、轧态或锻态的任何一种形态。
3.根据权利要求1所述的高力学性能与摩擦学性能镁合金制备方法，其特征在于:等通道转角挤压处理前镁合金需切割成块状坯料，坯料的截面形状可根据实际需要切割成圆形或方形，坯料进行每次等通道转角挤压处理前需进行机加工处理。
4.根据权利要求1所述的高力学性能与摩擦学性能镁合金制备方法，其特征在于:每次等通道转角挤压处理时坯料表面需涂敷润滑剂，以减小坯料与等通道转角挤压模具的磨损。
5.根据权利要求1所述的高力学性能与摩擦学性能镁合金制备方法，其特征在于:经过4次以上等通道转角挤压处理后，对镁合金进行激光熔凝表面处理，处理时可调整激光工艺参数，以获得不同深度的表面`处理层。
全文摘要
本发明公开了一种高力学性能与摩擦学性能镁合金制备方法，将铸态、轧态或锻态的镁合金切割成坯料，所述坯料的截面形状可根据实际需要切割成圆形或方形，对所述坯料进行表面机加工处理，坯料表面涂敷润滑剂，采用与坯料截面形状相一致的等通道转角挤压模具进行等通道转角挤压处理，每次挤压处理后再次对坯料表面进行机加工，经4次以上等通道转角挤压处理后，将坯料表面处理干净，进行表面激光熔凝处理，所述激光熔凝处理可根据实际使用需要改变表面处理的工作参数，最终获得基体具有高力学性能，表面具有高摩擦学性能的镁合金块材。本发明可以显著提高镁合金的机械性能及摩擦学性能，拓展该合金的应用范围，更好的满足实际生产对高性能镁合金的需要。
文档编号C22F3/00GK103103464SQ201310017448
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者高雷雷, 张金中, 刘玉辉, 张健, 邢娟娟 申请人:中国石油大学(华东)