[發明專利]一種采用Al?Ti?X自蔓延體系制備無鋁鎂基復合材料的方法

有效

• 申請號: 201610041932.X
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105603240B
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 房燦峰;劉光旭;聞志恒;郝海;孟令剛;張興國
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C23/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 梅洪玉,潘迅

技術領域

本發明屬于冶金技術領域，涉及一種鎂基復合材料的制備方法，特別涉及一種采用Al-Ti-X自蔓延體系制備無鋁鎂基復合材料的方法。

背景技術

與鎂合金相比，鎂基復合材料在強度、硬度及耐磨性等方面具有明顯的優勢。近年來，由于鎂基復合材料在減重領域尤其是在汽車和航空工業上的巨大潛力，備受材料研究工作者和制造者的青睞。

由于相對簡單的制備工藝及各向同性的特點，顆粒增強鎂基復合材料已成為鎂基復合材料中重要研究方向。傳統上，增強顆粒是由外加的方式直接引入合金熔體中，在這種情況下顆粒的尺寸一般較大且顆粒與基體的界面不是十分潔凈。幸運的是，這些缺點能夠被原位顆粒生成技術所改善。姜啟川的專利(CN1138009C和CN1223691C)利用Al-Ti-X預制塊在鎂合金熔體內、外的自蔓延高溫合成技術制備出含原位TiC、TiB₂增強顆粒的鎂基復合材料。

然而，作為一種副產品，殘余Al是Al-Ti-X預制塊自蔓延高溫合成反應的必然產物；而在無Al鎂合金(如Mg-Zn系合金)中通常采用Zr作為細化劑，如果直接將Al-Ti-X自蔓延體系引入無Al鎂合金中，會形成Al₃Zr相造成Zr細化劑的中毒。因此，Al-Ti-X自蔓延體系至今仍無法在無Al鎂合金中得到應用。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種采用Al-Ti-X自蔓延體系制備無鋁鎂基復合材料的方法，該方法解決了Al-Ti-X自蔓延體系無法應用在無鋁鎂合金中的問題，消除Al-Ti-X自蔓延體系中殘余Al對鎂基復合材料中Zr毒化作用的影響，擴大Al-Ti-X自蔓延體系在鎂基復合材料中的應用。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種采用Al-Ti-X自蔓延體系制備無鋁鎂基復合材料的方法，具體包括以下步驟：

步驟一，熔煉鎂基熔體得到鎂液，但不添加Zr元素；

步驟二，選擇Al-Ti-X自蔓延體系，采用自蔓延高溫合成法原位合成含增強顆粒的鎂基復合材料熔體；所述的Al-Ti-X自蔓延體系為Al-Ti-B或Al-Ti-C；所加入的自蔓延體系的預制塊與鎂基熔體的質量比為1～20﹕100。所述的自蔓延高溫合成法為：將預制塊在真空或有高純氬保護氣氛的加熱裝置內點燃自蔓延反應后加入鎂液中；或將預制塊加入鎂液中后，利用鎂液溫度點燃自蔓延反應。

步驟三，向鎂基復合材料熔體添加Y(釔)元素并進行充分攪拌，使Y(釔)元素消耗自蔓延體系反應后殘余的Al元素。Y元素與殘余Al元素的原子比為1.0～1.1﹕2；

步驟四，再將Zr元素加入步驟三處理后的鎂基復合材料熔體內，并充分攪拌。保溫靜置后，澆注成型，獲得原位顆粒增強鎂基復合材料。

本發明巧妙的通過Y元素合金化的方法，在Al-Ti-X預制塊通過自蔓延高溫合成法原位合成含增強顆粒的鎂基復合材料熔體后，添加Y元素消除Al-Ti-X自蔓延體系產物中的殘余Al，并在鎂基復合材料基體中形成Al₂Y、Al₁₁Y₃等有益相，又由于Al₂Y、Al₁₁Y₃等相一旦生成即可穩定存在，隨后在合金中添加的Zr元素不會發生中毒現象，仍可以起到很好的細化作用，從而解決殘余Al對Zr毒化作用這一技術難題。該方法不但擴大了Al-Ti-X自蔓延體系在無鋁鎂合金中的應用，而且制備工藝簡單，生產成本低，適于規模化生產。

本發明與目前已有的技術相比具有以下突出特點：

1)工藝相對簡單，易于推廣應用，進行規模化商業生產。本發明的特征在于成功地制備出原位顆粒增強無鋁鎂基復合材料，并保證了Zr元素的細化能力，在Al₂Y、Al₁₁Y₃等有益相的作用下，進一步提升了鎂合金的機械性能。

2)本發明制備出的鎂基復合材料可以用于半固態重熔或進行二次變形加工，因此澆注得到的鑄坯(件)可以作為壓鑄鎂合金的半固態坯料或高性能變形鎂合金的原始坯料。

具體實施方式

實施例1：

步驟一，利用鎂錠、鋅錠熔煉Mg-6Zn鎂基熔體；

步驟二，選擇Al-Ti-B自蔓延體系，在真空加熱裝置內點燃自蔓延反應，原位合成TiB₂增強顆粒，然后將反應后的Al-Ti-B預制塊加入到鎂液當中制備成Mg-6Zn鎂基復合材料熔體；所加入的自蔓延預制塊的量與鎂基熔體質量比為10﹕100；