[發(fā)明專利]準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010130615.8
• 申請(qǐng)日: 2010-03-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101787475A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜文博;王旭東;王朝輝;李淑波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C23/04
• 分類號(hào): C22C23/04;C22C1/04;C22F1/06
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料及其制備方法，特別是一種反復(fù)塑性變形方法制備的Mg-Zn-Gd基熱穩(wěn)定二十面體準(zhǔn)晶增強(qiáng)的鎂基復(fù)合材料，屬于復(fù)合材料和輕合金加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)

自20世紀(jì)90年代初開(kāi)始，國(guó)際上主要金屬材料的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)發(fā)生了顯著變化。隨著環(huán)保和節(jié)能意識(shí)的增強(qiáng)，材料研究者和產(chǎn)品設(shè)計(jì)者愈來(lái)愈重視產(chǎn)品的輕量化和可回收等問(wèn)題。作為目前最輕的工程金屬材料，鎂合金以其高比強(qiáng)度，可回收等特點(diǎn)，成為輕金屬材料的代表異軍突起，以每年20％的速度持續(xù)增長(zhǎng)。但在許多應(yīng)用領(lǐng)域，由于鎂合金的絕對(duì)強(qiáng)度較低，達(dá)不到使用要求，限制其發(fā)展，在很多優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域中，并沒(méi)有大規(guī)模使用鎂合金。限制鎂合金得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題之一在于其強(qiáng)化手段有限，合金強(qiáng)度不高。

多次循環(huán)塑性變形加工技術(shù)的每一次加工過(guò)程包括一次壓縮和一次擠壓，在擠壓過(guò)程中，鎂合金基體與添加粒子由于受到剪切力的作用而被細(xì)化，而在壓縮過(guò)程中由于兩種粒子的相對(duì)流動(dòng)而互相混合、均勻分散，實(shí)現(xiàn)了在固態(tài)下的細(xì)化與均化的雙重作用。利用基體晶粒細(xì)化和微粒子強(qiáng)化的交互作用，提高鎂合金拉伸強(qiáng)度和延伸率等力學(xué)性能。與傳統(tǒng)的鎂基復(fù)合材料的制備工藝如普通鑄造法、攪拌鑄造法、擠壓鑄造、粉末冶金法、熔體浸滲法、機(jī)械合金化法等方法相比，采用多次循環(huán)塑性變形技術(shù)制備鎂基復(fù)合材料，增強(qiáng)相可以通過(guò)多次塑性加工的方法引入到基體中，且在基體中易于分散、與基體相容性良好、界面結(jié)合強(qiáng)度高，同時(shí)基體合金不必經(jīng)過(guò)全熔的高溫狀態(tài)，可以有效節(jié)約能源，減小污染，是符合社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的鎂合金材料制備工藝。

顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、低密度、耐熱性好等特點(diǎn)而廣泛受到研究，但是復(fù)合材料中的增強(qiáng)相多為陶瓷顆粒如Al₂O₃，SiC等，這些陶瓷顆粒在制備復(fù)合材料的過(guò)程中由于與基體潤(rùn)濕性差而容易產(chǎn)生團(tuán)聚和裂紋，導(dǎo)致強(qiáng)度很韌性不能很好兼顧。而準(zhǔn)晶特有的高硬度、低摩擦系數(shù)、低熱膨脹系數(shù)、低界面能、耐蝕、耐熱和耐磨等特點(diǎn)使其特別適合作為韌性基體材料中的強(qiáng)化相。準(zhǔn)晶被發(fā)現(xiàn)可以作為強(qiáng)化相應(yīng)用最初是在1987年，在Al合金基體上均勻形成的準(zhǔn)晶相可顯著提高了合金的性能。而準(zhǔn)晶作為強(qiáng)化相最先成功地在商業(yè)上應(yīng)用是在1989年開(kāi)發(fā)出的一種新型馬氏體鋼中，通過(guò)控制退火工藝獲得了一種準(zhǔn)晶顆粒強(qiáng)化的新型高強(qiáng)度馬氏體鋼。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究相當(dāng)活躍，它作為金屬間化合物，可以避免非金屬增強(qiáng)粒子與基體金屬在高溫發(fā)生有害化學(xué)反應(yīng)和浸潤(rùn)性差等問(wèn)題。按照準(zhǔn)晶顆粒在鎂基體中的引入的工藝方式可將其分為：外加準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料和自生準(zhǔn)晶相增強(qiáng)鎂合金兩種工藝。如果能使準(zhǔn)晶相均勻分布在基體鎂合金中，尤其是在復(fù)合材料中獲得彌散分布的準(zhǔn)晶強(qiáng)化相，則有可能制備出性能優(yōu)異的鎂合金復(fù)合材料，從而大大提高基體鎂合金的室溫和高溫強(qiáng)度。理論上準(zhǔn)晶相強(qiáng)化鎂合金材料能改善鎂合金的蠕變性能，提高鎂合金的使用溫度范圍，獲得低密度、高比強(qiáng)、高比剛度、抗沖擊的鎂及其合金的復(fù)合材料，從而拓展鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域(特別是汽車領(lǐng)域)。因此，開(kāi)展準(zhǔn)晶增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的研究和應(yīng)用十分有意義。

中國(guó)專利ZL00111624.X“準(zhǔn)晶增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料”中，上海交通大學(xué)的徐洲等采用攪拌鑄造的方法制備的AlCuFe準(zhǔn)晶增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，其抗拉強(qiáng)度最高為155.6MPa，延伸率最高為4.1％，應(yīng)該說(shuō)在目前的應(yīng)用條件下該發(fā)明所制備的鎂基復(fù)合材料還不足以滿足需求；中國(guó)專利(ZL03134363.5)中郭學(xué)峰等利用普通鑄造結(jié)合快速凝固，制備了原位準(zhǔn)晶相增強(qiáng)鎂合金，且準(zhǔn)晶含量不易控制且難以分散均勻，工藝比較復(fù)雜，能量消耗大，不是采用的回收料，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料及其制備工藝，使其可以根據(jù)鎂基體材料的不同用途，精確控制準(zhǔn)晶顆粒的配比量，達(dá)到強(qiáng)度和延伸率的最佳結(jié)合，使制備的復(fù)合材料可以勝任不同需要。

本發(fā)明的一種準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，基體為工業(yè)用純鎂，增強(qiáng)顆粒為Mg-Zn-Gd準(zhǔn)晶顆粒，準(zhǔn)晶顆粒大小為20-100um，所占重量百分比為5-30％。

準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

a)增強(qiáng)相采用準(zhǔn)晶相體積分?jǐn)?shù)大于70％的Mg-Zn-Gd準(zhǔn)晶中間合金，球磨后得到的顆粒度為20-100um的顆粒；

b)將準(zhǔn)晶顆粒與鎂粉混合放入反復(fù)塑性變形設(shè)備，變形次數(shù)選擇100-400次；