[發明專利]顆粒增強鎂基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410076553.5
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103789590A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 王曉軍;聶凱波;胡小石;吳昆;鄭明毅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C1/03
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及鎂基復合材料的制備方法。

背景技術

鎂是最輕的金屬結構材料之一，其密度比鋁輕35%，比鈦輕65%。伴隨著汽車和航空航天產業節能減排需求的增加，同時考慮材料性能的要求，鎂及其合金在當前科研及商業化應用方面被廣泛研究。但是傳統鎂合金往往強度不高，并且由于鎂具有密排立方結構導致其室溫延伸率也較低，這限制了其應用范圍。為了提高鎂合金的力學性能，鎂基復合材料基于其低密度、較高的強度、剛度及良好的抗蠕變性能等優點得到了眾多研究者的關注。制備鎂基復合材料時最常用的增強體之一是微米級尺寸的陶瓷顆粒。與基體鎂合金相比，微米級陶瓷顆粒增強鎂基復合材料的強度通常顯著增加，但延伸率將急劇降低，這也將限制其廣泛的應用。將增強體陶瓷顆粒的尺寸從微米級降至納米級(即納米顆粒)來制備金屬基納米復合材料，可顯著提高基體的機械性能，同時使基體合金的延伸率得到保持。

制備工藝是獲得具有優異性能鎂基復合材料的關鍵。在各種微米級陶瓷顆粒增強鎂基復合材料制備工藝中，攪拌鑄造法是最常用的制備方法之一。通過機械攪拌，攪拌鑄造法可以實現將微米級陶瓷顆粒較為均勻地分散到基體合金中，但是復合材料的塑性較差。對于納米顆粒，由于其在金屬熔體中通常比表面積大，與基體潤濕性差。

因此，現有方法制備的顆粒增強鎂基復合材料存在強度低、塑性較差，顆粒在鎂合金中分散不均勻和制備時間長的缺點。

發明內容

本發明的目的是要解決現有方法制備的顆粒增強鎂基復合材料存在強度低、塑性較差，顆粒在鎂合金中分散不均勻和制備時間長的缺點，而提供顆粒增強鎂基復合材料的制備方法。

顆粒增強鎂基復合材料的制備方法，當顆粒尺寸為微米時，顆粒增強鎂基復合材料的制備方法具體是按以下步驟完成的：

一、制備鎂合金半固態熔體：在保護氣體的氣氛下將鎂合金從室溫升溫至720℃～750℃，然后將溫度降至580℃～630℃，去除鎂合金表面的浮渣，得到鎂合金半固態熔體；

步驟一中所述的鎂合金由鎂元素和其他金屬元素組成；所述的其他金屬元素為鋅元素、錳元素、鋁元素和鈣元素中的一種或幾種的混合物；所述的鎂合金中鎂元素的質量百分比為80%～99%；

二、制備顆粒-鎂合金熔體：①將顆粒加熱到550℃～600℃，得到預熱的顆粒；②在轉速為800r/min～1000r/min的條件下將預熱的顆粒加入到鎂合金半固態熔體中，在轉速為1200r/min～2000r/min的條件下攪拌3min～10min；③在溫度為700℃～720℃和攪拌速度為200r/min～500r/min的條件下使用超聲波處理10min～35min；④在溫度為700℃～720℃和攪拌速度為200r/min～300r/min的條件下攪拌5min～10min，得到顆粒-鎂合金熔體；

步驟二①中所述的顆粒為碳化硅、氧化鋁和碳化鈦中的一種或幾種的混合物；

步驟二②中所述的顆粒的體積與鎂合金半固態熔體的體積比為1:(4～19)；

三、顆粒-鎂合金熔體凝固成型：將顆粒-鎂合金熔體升溫至740℃～750℃，然后將加熱的顆粒-鎂合金熔體澆注到溫度為350℃～450℃的模具中，在5MPa～10MPa壓力下保壓3min～5min，得到顆粒增強鎂基復合材料。

顆粒增強鎂基復合材料的制備方法，當顆粒尺寸為納米時，顆粒增強鎂基復合材料的制備方法具體是按以下步驟完成的：

一、制備鎂合金半固態熔體：在保護氣體的氣氛下將鎂合金從室溫升溫至720℃～750℃，然后將溫度降至580℃～630℃，去除鎂合金表面的浮渣，得到鎂合金半固態熔體；

步驟一中所述的鎂合金由鎂元素和其他金屬元素組成；所述的其他金屬元素為鋅元素、錳元素、鋁元素和鈣元素中的一種或幾種的混合物；所述的鎂合金中鎂元素的質量百分比為80%～99%；

二、制備顆粒-鎂合金熔體：①將顆粒加熱到600℃～650℃，得到預熱的顆粒；②在轉速為500r/min～800r/min的條件下將預熱的顆粒加入到鎂合金半固態熔體中，在轉速為1500r/min～2000r/min的條件下攪拌5min～15min；③在溫度為700℃～720℃和攪拌速度為200r/min～400r/min的條件下使用超聲波處理10min～35min，得到顆粒-鎂合金熔體；

步驟二①中所述的顆粒為碳化硅、氧化鋁和碳化鈦中的一種或幾種的混合物；

步驟二②中所述的顆粒的體積與鎂合金半固態熔體的體積比為1:(21～199)；