本发明涉及金属材料和金属材料制备领域，特别涉及一种基于晶界偏聚的高热稳定性超细晶镁合金及其制备方法。
背景技术：
1、镁合金是最轻的金属结构材料，在铝合金减重的基础上可再减轻15～20％，具有比强度高、减震性好和易回收等优点。近年来，随着环境问题的日益严峻，为了达到轻量化和节能减排的目的，汽车和高铁等行业对低密度高性能镁合金的需求不断增加。然而，常规mg-al和mg-zn系镁合金的强度低、塑性差、热稳定性不高，已成为限制其大规模商业化应用的瓶颈问题。尽管近年来科研人员开发出屈服强度>410mpa、抗拉强度>500mpa、延伸率>12％的高强韧重稀土镁合金，能够满足一定应用需求，但昂贵的重稀土元素添加量超过10wt.％，增加了合金成本，限制其广泛应用。因此，开发低成本、高强韧、耐热的新型镁合金对推广镁合金在军民领域的大规模应用具有至关重要的理论与实际意义。
2、晶粒细化可以同时提高镁合金的强度和塑性。对于镁合金而言，其晶体结构为密排六方，室温下仅有3个滑移系，这是镁合金单晶体材料室温塑性较低的一个重要的内在原因。也正因为这一点，镁合金多晶体材料强韧性对晶粒尺寸的依赖性非常高。镁合金的屈服强度与晶粒尺寸的关系可用hall-petch公式表示：σs＝σ0+kd-1/2，式中镁合金的k值为280～320mpa·μm0.5，而铝合金的值仅约为68mpaμm0.5。可见，与铝合金相比，镁合金晶粒的细化更能有效地提高合金强度。另一方面，细晶组织中高的晶界体积分数促进晶界滑动或转动，而且在晶界相容应力的激发下，非基面位错滑移显著增强，这两者均提高镁合金的塑性变形能力。因此，建立在细晶组织基础上的镁合金强韧化是发挥镁合金材料本身内在优势的强韧化方法。
3、通常采用大塑性变形方法获取具有细晶结构的镁合金，但大塑性变形方法难以制备出大尺度块体材料，因此工业化应用道路曲折漫长。粉末冶金是制备大尺度超细晶块体材料的有效方法。粉末冶金一般的工艺流程为：粉末制备→粉末固结→真空脱气→粉末坯挤压、轧制、锻造或半固态成形→热处理。其中固结是粉末冶金的一个关键工序，真空热压可以将粉末脱气、压制和预烧结三个工序一次完成，热挤压法是消除细小空隙，提高致密度最常用的方法。将机械球磨、真空热压工艺与热挤压工艺相结合，可以制备出超细晶镁合金，且具有最好的致密度。然而，超细晶组织热稳定性差，特别是超细晶镁合金，极易在热环境中发生晶粒长大，无法满足预期的性能要求。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种高热稳定性超细晶镁合金的制备方法。
2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、(一)一种基于晶界偏聚的高热稳定性的微合金化的超细晶镁合金。
4、所述超细晶镁合金的成分包括：
5、铝的质量含量为2.5～3.5％；
6、锌的质量含量为0.8～1.2％；
7、银的质量含量为0.4～1.1％；
8、余量为镁及不可避免的fe、si、cu、mn等元素杂质。
9、所述超细晶镁合金的平均晶粒尺寸约为350～800nm。
10、对于本发明超细晶镁合金，溶质在晶界偏聚会钉扎晶界，对挤压及热处理过程中晶界的迁移产生阻力效应，从而抑制晶粒长大，提高了本发明超细晶镁合金的热稳定性。
11、当银(ag)含量为0.5wt.％时，ag原子完全固溶于镁基体，而al和zn原子一部分固溶于镁基体，一部分在晶界偏聚，形成厚度为3～5nm的al+zn层包裹镁晶粒；当银(ag)含量为1wt.％时，ag原子在晶界偏聚，形成厚度为6～8nm的ag层，另外al、zn和ag元素在晶界附近形成al+zn+ag富集区。
12、(二)一种高热稳定性超细晶镁合金的制备方法。
13、所述制备方法具体按以下步骤实现：
14、(1)制备不同尺寸的铝合金包套；
15、所述步骤(1)中，制备铝合金包套时，根据所述步骤(5)中的温挤压方案中挤压模具的入口内径设计包套，包套的侧壁以及底座不能太薄，避免镁合金坯料在挤压过程中出现脱套现象，综合设备及实验要求，机加工成不同规格的包套。
16、(2)准备用于制备镁合金的原始粉末；
17、所述步骤(2)的原始粉末包括镁粉、铝粉、锌粉和银粉。
18、具体实施中，各元素的粉末的颗粒尺寸可以为：镁粉74μm、铝粉40μm、锌粉5μm和银粉3μm。
19、(3)机械球磨：将原始粉末混合为混合粉末，对混合粉末进行机械球磨处理，获得纳米晶镁合金复合粉末；
20、所述步骤(3)中机械球磨处理的条件为：
21、球料比(质量比)为30:1；
22、球磨机转速为200～350rpm；
23、球磨时间为20～80h；
24、惰性气体氛围；
25、磨球是直径为6mm、10mm和20mm的混合磨球。
26、磨球为不锈钢球，材料为gcr15。
27、具体实施中，惰性气体为氩气。
28、所述步骤(3)得到的纳米晶镁合金复合粉末的平均颗粒尺寸为25μm，平均晶粒尺寸为41nm。
29、(4)真空热压：将步骤(3)得到的纳米晶镁合金复合粉末放入步骤(1)制备的铝合金包套中密封，对密封后的铝合金包套进行真空热压烧结处理，使铝合金包套内的纳米晶镁合金复合粉固结并生成预制坯，所述预制坯为纳米晶镁合金块体；其中，热压温度为100℃～400℃，压力为200～300mpa。
30、优选地，所述步骤(4)中，真空度为1×10-3pa，热压温度为300℃，选用压力为225mpa，热压时间为30min。
31、(5)温挤压：采用不同挤压比以及挤压温度，利用反向温度场对步骤(4)得到的装有预制坯的铝合金包套进行温挤压处理，使铝合金包套内的预制坯生成镁合金材料。所述步骤(5)的温挤压过程具体为：
32、将装有预制坯的包套预热至100℃～300℃并保温60min，然后放入挤压模具中，挤压条件为：模具预热温度为250℃，挤压比为6.25～11.25，挤压力为900～1600mpa。
33、所述步骤(5)中得到的镁合金材料为镁合金棒材。
34、本发明的有益效果如下：
35、(1)本发明基于粉末冶金工艺获得了均匀的等轴超细晶(晶粒尺寸在350～800nm之间)，晶粒的再结晶程度高，织构强度低；
36、(2)本发明不依赖于大量合金化元素的添加，可在仅添加微量合金化元素的前提下，实现晶界的元素偏聚；
37、(3)本发明的制备方法中，元素的晶界偏聚可以钉扎晶界，抑制晶界运动，因而提高材料在挤压过程和热处理过程中的组织热稳定性；
38、(4)在具备大型挤压设备的条件下，此种方法可以制备晶粒分布均匀的大块体超细晶镁合金，符合实际生产的要求。
1.一种基于晶界偏聚的高热稳定性超细晶镁合金，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种基于晶界偏聚的高热稳定性超细晶镁合金，其特征在于：
3.一种如权利要求1～2任一所述的高热稳定性超细晶镁合金的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种基于晶界偏聚的高热稳定性超细晶镁合金的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的一种基于晶界偏聚的高热稳定性超细晶镁合金的制备方法，其特征在于：
6.根据权利要求3所述的一种基于晶界偏聚的高热稳定性超细晶镁合金的制备方法，其特征在于：
7.根据权利要求3所述的一种基于晶界偏聚的高热稳定性超细晶镁合金的制备方法，其特征在于：
8.根据权利要求3所述的一种基于晶界偏聚的高热稳定性超细晶镁合金的制备方法，其特征在于：
9.根据权利要求3所述的一种基于晶界偏聚的高热稳定性超细晶镁合金的制备方法，其特征在于：
10.根据权利要求3所述的一种基于晶界偏聚的高热稳定性超细晶镁合金的制备方法，其特征在于：
