一种Mg(Zn)-MgSb金属间化合物结构材料的合成方法

摘要

本发明公开了一种Mg(Zn)‑MgSb金属间化合物结构材料的合成方法，称取Mg：Sb＝1.2‑12：1的Mg粉和Sb粉，加入占Mg粉和Sb粉总质量1‑2％的Zn粉混合均匀，将混合粉末装入模具，压制成型，成型的制品用石墨纸包覆后放入烧结炉中烧结。在烧结过程中，加热温度达到420℃后Zn熔化，加热温度达到630℃后Sb熔化，和Mg反应形成MgSb金属间化合物，加热温度达到650℃后剩余的Mg熔化，Zn溶入Mg中形成固溶体Mg(Zn)。Zn固溶到Mg中，形成固溶体，产生固溶强化，使Mg强度性能提高。形成Mg(Zn)固溶体后，耐腐蚀性能明显提高。通过化学反应形成的MgSb金属间化合物，和Mg(Zn)固溶体的界面结合良好。同时，MgSb金属间化合物硬度较高、延展性较好，能有效地阻碍位错运动，显著地提高材料的强度性能，抗拉强度达到240MPa。

说明书

技术领域

本发明涉及一种Mg(Zn)-MgSb金属间化合物结构材料的合成方法，属于材料工程技术领域。

背景技术

镁及镁合金密度低，是优良的轻质结构材料，在航空航天、汽车工业等领域具有良好的应用前景。目前，已经有约60种汽车部件包括变速箱外壳、转向柱等应用镁合金，并且正以每年15％的速度增长。但是，镁合金的力学性能较低，耐腐蚀性差，使其应用受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Mg(Zn)-MgSb金属间化合物结构材料的合成方法，这种材料具有和镁合金相同的密度，同时具有比镁合金高的力学性能和耐腐蚀性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种Mg(Zn)-MgSb金属间化合物结构材料的合成方法，包括以下步骤：

(1)称取Mg：Sb＝1.2-12：1的Mg粉和Sb粉，加入占Mg粉和Sb粉总质量1-2％的Zn粉混合均匀，得到Mg-Sb-Zn混合粉末；

(2)将步骤(1)得到的Mg-Sb-Zn混合粉末装入模具，在压力机上压制成型；

(3)将经步骤(2)压制成型的制品用石墨纸包覆；

(4)将经步骤(3)石墨纸包覆的制品放入烧结炉中，于660℃～750℃烧结，即得到Mg(Zn)-MgSb金属间化合物结构材料。

所述步骤(1)中，Mg粉、Sb粉和Zn粉的粒度为20μm～50μm。

所述步骤(2)中的压力机压制力为100MPa-600MPa。

所述步骤(3)中的石墨纸，其厚度为0.1mm～1mm。

所述步骤(4)中的烧结炉为真空烧结炉、气氛保护烧结炉或微波烧结炉。

本发明的技术原理具体如下：

在烧结过程中，加热温度达到420℃后Zn熔化，加热温度达到630℃后Sb熔化，和Mg反应形成MgSb金属间化合物，加热温度达到650℃后剩余的Mg熔化，Zn溶入Mg中形成固溶体Mg(Zn)。烧结后材料的组织如图1所示。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明方法合成的Mg(Zn)-MgSb金属间化合物结构材料，Zn固溶到Mg中，形成固溶体，产生固溶强化，使Mg强度性能提高。

(2)Zn电极电位为-0.763V，Mg的电极电位为-2.37V，形成Mg(Zn)固溶体后，耐腐蚀性能明显提高。极化曲线如图2所示。

(3)MgSb金属间化合物在烧结过程中，通过化学反应形成，和Mg(Zn)固溶体的界面结合良好。同时，MgSb金属间化合物硬度较高、延展性较好，能有效地阻碍位错运动，显著地提高材料的强度性能，抗拉强度达到240MPa。

附图说明

图1为Mg(Zn)-MgSb金属间化合物结构材料的组织图。

图2为纯镁和Mg(Zn)-MgSb金属间化合物结构材料的极化曲线。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步作描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

实施例1：Mg(Zn)-MgSb金属间化合物结构材料的合成

(1)按质量比为Mg：Sb＝1.2：1称量Mg粉、Sb粉，再加入占Mg粉和Sb粉总质量2％的Zn粉，混合均匀，得到Mg-Sb-Zn混合粉末；其中，Mg粉、Sb粉和Zn粉的粒度为20μm～50μm。

(2)将步骤(1)得到的Mg-Sb-Zn混合粉末装入模具，在压力机上压制成型，压力机压制力为600MPa。

(3)将经步骤(2)压制成型的制品用石墨纸包覆，石墨纸的厚度为0.1mm。

(4)将经步骤(3)石墨纸包覆的制品放入真空烧结炉中烧结，烧结温度为750℃，得到Mg(Zn)-MgSb金属间化合物结构材料。

实施例2：Mg(Zn)-MgSb金属间化合物结构材料的合成

与实施例1不同的是：

(1)Mg：Sb＝3.3：1，Zn粉占Mg粉和Sb粉总质量的1.5％。

(2)压力机压制力为300MPa。

(3)石墨纸的厚度为0.2mm。

(4)气氛保护烧结炉中烧结。烧结温度为700℃。

实施例3：Mg(Zn)-MgSb金属间化合物结构材料的合成方法

与实施例1不同的是：

(1)Mg：Sb＝12：1，Zn粉占Mg粉和Sb粉总质量的1％。

(2)压力机压制力为100MPa。

(3)石墨纸的厚度为0.4mm。

(4)微波烧结炉中烧结，烧结温度为660℃。