[發(fā)明專利]原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710173274.0
• 申請日: 2007-12-27
• 公開（公告）號: CN101215649A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張荻;曹瑋;范同祥;張從發(fā)
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C23/02
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的制備方法，特別是一種原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

鎂基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度，高比剛度，高耐磨性和優(yōu)良的阻尼性能，在航空、汽車等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。常規(guī)外加增強(qiáng)相制備鎂基復(fù)合材料的方法存在著外加增強(qiáng)相與基體的結(jié)合較差，增強(qiáng)相易偏聚等缺點(diǎn)，降低了材料的性能。針對這些情況，近年來發(fā)展了原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法。它的基本原理是在一定條件下，通過元素之間或元素與化合物之間的化??學(xué)反應(yīng)，在金屬基體內(nèi)原位合成一種或幾種高硬度、高彈性模量的陶瓷增強(qiáng)相，從而達(dá)到強(qiáng)化金屬基體的目的。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，圍繞鎂基復(fù)合材料的制備方法有不少文獻(xiàn)報道，如中國專利申請?zhí)?3116168.5，名稱為：“制備顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的工藝”。該專利的技術(shù)特點(diǎn)在于將預(yù)制塊在真空加熱裝置內(nèi)燒結(jié)，單獨(dú)合成鎂基復(fù)合材料的增強(qiáng)相，再加入鎂熔體中進(jìn)行攪拌澆注，得到顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。但是該工藝包括中間相的單獨(dú)合成，中間相載體在鎂熔體中的溶解擴(kuò)散以及增強(qiáng)顆粒的彌散分布，上述制備過程中如果工藝控制不當(dāng)，容易導(dǎo)致復(fù)合材料的性能下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明通過反應(yīng)預(yù)制塊和鎂合金在惰性氣體保護(hù)下發(fā)生原位合成反應(yīng)，并借助攪拌技術(shù)，制備出增強(qiáng)相顆粒細(xì)小，分布均勻，與基體界面結(jié)合良好，力學(xué)性能優(yōu)異的原位顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括如下步驟：

第一步，將Al粉、Ti粉和B粉配制混合，Al粉含量為粉末總量的0wt％-50wt％，Ti和B的原子比在0.4-0.6之間。

第二步，將配制好的粉末進(jìn)行球磨。

所述球磨，其時間為0.5小時-24小時。

第三步，把經(jīng)過球磨后的粉末壓制成預(yù)制塊。

所述預(yù)制塊，其緊實(shí)率為理論密度的70％-95％。

第四步，將壓制得到的預(yù)制塊和鎂合金錠放入真空加熱裝置中。反應(yīng)室內(nèi)抽真空后通入惰性氣體，加熱，保溫。

所述加熱，其溫度為700℃-900℃，

所述保溫，其時間為0.5小時-2小時。

第五步，將反應(yīng)得到的熔體進(jìn)行攪拌，攪拌后靜置，澆注成型。

所述攪拌，其溫度為700℃-800℃，時間為10分鐘-60分鐘，攪拌速度為200r/min-1000r/min。

與目前已有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有工藝相對簡單，易于控制，制備成本低等特點(diǎn)。本發(fā)明以鎂合金和Al、Ti和B粉末為原材料，采用原位反應(yīng)法合成TiB₂陶瓷增強(qiáng)顆粒并結(jié)合攪拌鑄造的制備方法。傳統(tǒng)外加法制備復(fù)合材料時，增強(qiáng)相的尺寸受限制，增強(qiáng)相與基體結(jié)合不好，增強(qiáng)相分布不均勻，本發(fā)明中的增強(qiáng)相顆粒是通過化學(xué)反應(yīng)在鎂合金基體內(nèi)原位合成的并輔以攪拌，因而制備的鎂基復(fù)合材料增強(qiáng)相顆粒細(xì)小，分布均勻，與基體界面結(jié)合良好，增強(qiáng)效果顯著。并且鎂合金內(nèi)部原位生成的TiB₂陶瓷增強(qiáng)相彈性模量為530GPa，遠(yuǎn)高于鎂鋁合金的彈性模量45GPa，TiB₂/Mg復(fù)合材料密度保持在在1.8-2.0g/cm³之間，因此具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模量等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸業(yè)和國防工業(yè)。

具體實(shí)施方式

下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例一

采用Al粉、Ti粉和B粉作為預(yù)制塊原料，Al粉含量為粉末總量的30wt％，余量為：Ti粉和B粉。Ti和B的原子比為0.4。將上述的粉末經(jīng)過12小時球磨。把球磨后的粉末壓制成預(yù)制塊，預(yù)制塊緊實(shí)率為理論密度的85％。壓制得到的預(yù)制塊和AZ91鎂合金放在真空加熱裝置中，反應(yīng)室內(nèi)抽真空后通入惰性氣體，加熱至700℃，保溫2小時。然后把得到的熔體在700℃進(jìn)行攪拌，攪拌速度為500r/min。攪拌30分鐘后，靜置澆注。制備得到質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10％的TiB₂增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。材料的抗拉強(qiáng)度大于300MPa。

實(shí)施例二