[發(fā)明專利]一種原位自生高體積分?jǐn)?shù)Mg2Si增強Mg-Al基復(fù)合材料的制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201410414061.2 | 申請日： | 2014-08-21 |
| 公開（公告）號： | CN104131190A | 公開（公告）日： | 2014-11-05 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 尹健;馬修軍;周志堅;堯軍平 | 申請（專利權(quán)）人： | 南昌航空大學(xué) |
| 主分類號： | C22C1/03 | 分類號： | C22C1/03;C22C23/02;C22C23/00;C22C32/00 |
| 代理公司： | 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111 | 代理人： | 劉凌峰 |
| 地址： | 330063 江*** | 國省代碼： | 江西;36 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 原位 自生 體積 分?jǐn)?shù) mg sub si 增強 al 復(fù)合材料 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的鎂基復(fù)合材料的制備方法，具體地說，涉及的是一種原位自生高體積分?jǐn)?shù)Mg2Si增強Mg-Al基復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)
鎂合金具有密度小、比強度高、比彈性模量高等優(yōu)點，將鎂合金應(yīng)用于航天器和汽車等交通工具，使其輕量化具有重要意義。然而，鎂合金的強度和抗蠕變性能較低，極大的限制了其應(yīng)用范圍。實踐表明，在合金中引入硬質(zhì)第二相顆粒而獲得顆粒增強復(fù)合材料，可有效提高合金的強度和抗蠕變性能。Mg2Si?顆粒具有高熔點(1087℃)、高硬度(460?HV)、高彈性模量(120?GPa)和低密度(1.99?g·cm-3)、低熱膨脹系數(shù)(7.5×10-6?K-1)等優(yōu)點，是鎂合金理想的顆粒增強相。通常，制備金屬基顆粒增強復(fù)合材料過程中，引入增強顆粒相的方法有兩種，一種是外加法，另一種是原位自生法。外加法引入增強相存在不足之處，比如界面結(jié)合問題、顆粒分布不均勻等。相比之下，原位自生法制備復(fù)合材料具有界面結(jié)合性好，增強顆粒分布均勻，不易引入外加污染，節(jié)約成本等特點，因此，原位自生法廣泛應(yīng)用于顆粒增強金屬基復(fù)合材料的制備。于是，原位自生法也是制備Mg2Si增強Mg-Al基復(fù)合材料理想方法。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，賈樹卓等在《鑄造技術(shù)》（2005年?26卷1104-1105，1108頁）發(fā)表了題為“Mg-9Al-6Si?鎂合金組織及性能研究”，提出在普通鑄造方法制備原位自生法Mg2Si增強Mg-Al基復(fù)合材料，但該復(fù)合材料中初生?Mg2Si增強相為粗大樹枝狀，分布不均勻，極大地割裂了基體，惡化復(fù)合材料的性能。我們研究也表明，采用普通鑄造方法制備原位自生Mg2Si增強Mg-Al基復(fù)合材料，當(dāng)?Si?含量超過?2%，也就是說相應(yīng)的?Mg2Si?體積分?jǐn)?shù)超過?8%?，隨著Si含量增加，初生?Mg2Si增強相含量增加，粗化更嚴(yán)重。因此，如何使粗大樹枝狀初生?Mg2Si相細(xì)化成顆粒狀，是原位自生法Mg2Si增強Mg-Al基復(fù)合材料制備過程中需要解決的問題，尤其是含高體積分?jǐn)?shù)Mg2Si的Mg-Al基復(fù)合材料的制備。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種原位自生Mg2Si增強Mg-Al基復(fù)合材料的方法，主要解決高體積分?jǐn)?shù)原位自生Mg2Si/Mg-Al基復(fù)合材料中初生?Mg2Si增強相呈粗大樹枝狀之不足，從而改善增強相的強化效果，使之更好應(yīng)用于航空航天、國防軍工等領(lǐng)域制備原位自生Mg2Si增強Mg-Al基復(fù)合材料。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
本發(fā)明所涉及的Mg2Si增強Mg-Al基復(fù)合材料，是原位自生Mg2Si增強Mg-Al基復(fù)合材料。該復(fù)合材料的成分結(jié)構(gòu)式為Mg-9Al-xSi,?其中2＜x＜10，x為Si元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
所述Mg、Al、Si元素純度大于99.9%，
所述復(fù)合材料中?Mg2Si?體積分?jǐn)?shù)為?8%?至?35%。
本發(fā)明所涉及的Mg2Si增強Mg-Al基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
第一步，按照Mg-9Al-xSi（2＜x＜10)的比例準(zhǔn)備鎂、鋁和硅粉原料；
所述硅粉粒度不大于1毫米。
第二步，將第一步的原料放入石墨坩堝由高頻感應(yīng)加熱熔煉，熔煉中，感應(yīng)爐功率逐漸將高頻感應(yīng)加熱電流由150安培增加至500安培，實現(xiàn)對原料的緩慢加熱，直至熔化，得到母合金錠。
所述熔煉，其過程維持在?50-60分鐘：前15分鐘電流為150安培，之后?20分鐘電流為300安培，最后15-25分鐘電流為500安培。?具體時間根據(jù)復(fù)合材料中Mg2Si?的體積分?jǐn)?shù)而定，體積分?jǐn)?shù)越高，加熱時間越長。
所述熔煉以及熔化在密封腔室中進(jìn)行，使用石墨坩堝，氣氛為純度大于99.99%的純氬氣氛，氣氛壓力為1個大氣壓。
第三步，將上述母合金錠放入石墨坩堝中，在電阻爐中重新加熱至復(fù)合材料中基體全完熔化，并將溫度升至一定溫度保溫?10?分鐘。
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