[發(fā)明專利]一種內(nèi)生Cr2B和MgO雙相顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611025666.8
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN106756352B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左孝青;冉松江;羅曉旭;周蕓;陸建生;劉榮佩
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C23/00
• 分類號(hào): C22C23/00;C22C32/00;C22C1/10
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種內(nèi)生Cr₂B和MgO雙相顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，屬于金屬基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鎂的密度為1.8g/cm³，是最輕的有色金屬材料，鎂及鎂合金具有高比強(qiáng)度、高比剛度、較好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、良好的阻尼減震和電磁屏蔽性能、易于加工成形等特性，在航天航空、汽車、電子、通訊等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。但由于鎂合金的強(qiáng)度及剛性不高、高溫抗蠕變性能及耐磨性差等缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用范圍。為了提高鎂合金的性能、擴(kuò)大鎂合金的應(yīng)用，引入顆粒增強(qiáng)相對鎂合金進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

目前鎂基復(fù)合材料的制備方法主要有兩種，一是外加顆粒的方法，如攪拌鑄造、壓力浸漬法、粉末冶金法等，這些生產(chǎn)工藝存在外加增強(qiáng)顆粒粒度較大、顆粒與基體界面結(jié)合不好、顆粒團(tuán)聚、復(fù)合材料力學(xué)性能較差等不足；二是內(nèi)生（原位合成）顆粒制備鎂基復(fù)合材料的方法，制備的復(fù)合材料具有增強(qiáng)顆粒細(xì)小、表面無污染、顆粒與基體相容、材料綜合性能良好等特點(diǎn)。本發(fā)明為一種內(nèi)生Cr₂B和MgO雙相顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，Cr₂B和MgO顆粒具有高強(qiáng)度、高硬度、高彈性模量、低熱膨脹系數(shù)、高熔點(diǎn)和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，鎂或鎂合金中內(nèi)生的Cr₂B和MgO顆粒彌散分布在鎂基體中，Cr₂B和MgO顆粒細(xì)小且分布均勻、表面潔凈、與基體結(jié)合良好無界面反應(yīng)，制得的鎂基復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高彈性模量等特點(diǎn)，工藝簡單，適合規(guī)模化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)生Cr₂B和MgO雙相顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，該制備方法工藝簡單、成本低，內(nèi)生顆粒含量及尺寸可控，顆粒細(xì)小且彌散分布在熔體中，反應(yīng)過程中不生成副產(chǎn)物、熔體干凈，制得的復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高彈性模量及良好的耐高溫性能和耐磨性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：將B₂O₃粉末、Cr₂O₃粉末混合均勻、烘干、壓制得到混合粉末坯，將混合粉末坯分批次加入到在CO₂氣體保護(hù)下的鎂或鎂合金熔體中，同時(shí)進(jìn)行攪拌；內(nèi)生反應(yīng)結(jié)束后，加入精煉劑進(jìn)行除氣、除渣精煉，將復(fù)合熔體靜置、清除表面殘?jiān)鬂踩腓T模，得到內(nèi)生Cr₂B和MgO雙相顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，具體步驟如下：

（1）混合粉末制備：按照B₂O₃粉末和Cr₂O₃粉末的摩爾比為1:2的比例，將B₂O₃粉末和Cr₂O₃粉末在混料機(jī)中混料1～4小時(shí)，然后在干燥箱里在200～250℃的溫度下干燥2～4小時(shí)得到混合粉末；

（2）混合粉末壓坯：將步驟（1）獲得的混合粉末用壓力機(jī)在50～400MPa的壓力下進(jìn)行壓制得到混合粉末坯；

（3）鎂或鎂合金熔化保溫：將鎂或鎂合金在CO₂氣體保護(hù)下加熱到750～850℃熔化并保溫10～30min，得到鎂或鎂合金熔體；

（4）將步驟（2）獲得的混合粉末坯分批次加入到在CO₂氣體保護(hù)下步驟（3）的鎂或鎂合金熔體中，控制反應(yīng)的溫度為750～850℃，同時(shí)以100～500r/min的攪拌速度攪拌，進(jìn)行內(nèi)生反應(yīng)，攪拌反應(yīng)70～90min，除渣后得到含有Cr₂B和MgO雙相顆粒的復(fù)合熔體；

（5）熔體精煉：將步驟（4）所得的復(fù)合熔體的溫度控制在700～740℃，向熔體中加入精煉劑，加入量為復(fù)合熔體質(zhì)量的0.2～1.0%，攪拌5～15min進(jìn)行除氣、除渣精煉，得到精煉的復(fù)合熔體；

（6）澆鑄成形：將步驟（5）中得到的復(fù)合熔體在700～740℃靜置5～20min，清除殘?jiān)鬂茶T到200～400℃預(yù)熱的鑄模中，得到內(nèi)生Cr₂B和MgO雙相陶瓷顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

步驟（1）所述B₂O₃粉末和Cr₂O₃粉末的粒度為100～400目。

步驟（3）中所述鎂或鎂合金為工業(yè)純鎂、鑄造鎂合金或變形鎂合金中的一種。

步驟（4）所述混合粉末加入量占鎂或鎂合金質(zhì)量的3.4%～17.16%。