[發明專利]一種新型鎂合金復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201611223231.4
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106636823B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 魏坤霞;楊書戈;魏偉;耿桂宏;杜慶柏;胡靜
• 申請（專利權）人: 常州大學;北方民族大學
• 主分類號: C22C23/02
• 分類號: C22C23/02;C22C32/00;C22C1/10;C22C1/02
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技術領域

本發明屬于金屬材料領域，具體是一種新型鎂合金復合材料的制備方法。

背景技術

鎂合金具有比模量和比強度高、減震且易于成型加工等優良性能，廣泛應用于汽車、電子、航空航天等領域，是一種極具潛力的工程材料。然而鎂合金耐蝕和耐磨性能差、硬度低，限制了鎂合金的使用范圍，因此，研制耐蝕和耐磨性能強、硬度高的新型鎂合金復合材料已成為鎂合金的重要發展方向。

鎂合金復合材料在鑄造成型加工過程中離不開攪拌，傳統的機械攪拌不僅難以使增強相分布均勻，而且還會造成表面質量差、皮下氣孔嚴重、成分偏析大等不足。利用電磁模擬微重力環境，可以使鎂合金復合材料熔體處于準失重狀態，從而使增強體顆粒在熔體中分布均勻。此外，澆鑄后對鑄錠施加電場，可起到細化晶粒的作用。

納米SiC顆粒目前廣泛應用于鋁合金等金屬基復合材料中最為增強體，提高了金屬基體材料的性能。將納米SiC顆粒添加到鎂合金中，能提高鎂合金的力學性能和耐磨性能，但是納米SiC顆粒在鎂合金中的應用較少，主要原因是鎂較為活潑，納米SiC顆粒與鎂會發生界面反應，導致顆粒增強效果減弱。

此外，傳統加工鎂合金存在強度偏低、延展性小、耐磨性能差，疲勞壽命短等缺陷。

發明內容

為克服上述缺陷，本發明設計了一種新型鎂合金復合材料的制備方法，發明主要解決傳統鎂合金耐磨性能差，硬度低，強韌性差的問題。

一種新型鎂合金復合材料，其中化學成分及質量分數為：鋁：12-15 wt.%、鋅：2-4 wt.%、錳：1-3 wt.%、釹：0.5-1.0 wt.%、鈰：0.5-1.0 wt.%、鎳包覆納米SiC顆粒：4.0-5.0 wt. %，余量為鎂；所述鎳包覆納米SiC顆粒直徑為50-70 nm。

為實現上述目的，本發明還提出了一種新型鎂合金復合材料的制備方法，步驟如下：將鋁、鋅、錳、釹、鈰、鎂按比例混合，經熔融后得鎂合金熔體，在鎂合金熔體中加入鎳包覆納米SiC顆粒，同時施加電磁場，電磁模擬微重力使鎳包覆納米SiC顆粒在熔體中均勻分散，澆鑄后對鑄錠施加電場細化晶粒，最后對新型鎂合金復合材料進行等徑角擠壓變形。

所述鋁、鋅、錳、釹、鈰、鎂、鎳包覆納米SiC顆粒的用量比例為：鋁：12-15 wt.%、鋅：2-4 wt.%、錳：1-3 wt.%、釹：0.5-1.0 wt.%、鈰：0.5-1.0 wt.%、鎳包覆納米SiC顆粒：4.0-5.0 wt. %，余量為鎂。

所述電磁場的磁感應強度為0.6-0.8 T，勵磁電流為40-60 A。

所述澆注溫度為840-920℃。

所述電場的電流密度為1500-3000 A/cm²，頻率為1200-2500 Hz，脈沖寬度為40-80μs。

所述等徑角擠壓模具內角Φ=120°-140°，擠壓前鎂合金復合材料鑄錠加熱至150-250℃。

電磁模擬微重力場的作用機制:

普通條件下，納米SiC顆粒在鎂合金熔體中會發生偏聚現象，降低顆粒增強效果。鎂合金熔體在電磁場中會產生電磁容積力，作用于熔體的單元體上，對重力有抵消的效果。納米 SiC 顆粒作為彌散粒子分布在基體中，經金屬包覆后，可受電磁場作用，并改善界面結合質量。通過調整磁感應強度和電流密度，使SiC 顆粒和基體的電磁容積力相等，從而使熔體整體處于微重力狀態，實現納米 SiC 顆粒的均勻分布。

本發明的有益效果：

采用本發明制備的鎂合金復合材料，在鎂合金中添加鎳包覆納米SiC顆粒，使用電磁場+電場+等徑角擠壓變形加工方法制備新型鎂合金復合材料。該新型鎂合金復合材料中釹元素具有彌散強化作用，形成金屬化合物可阻止晶界滑移；鈰元素可改善合金組織，細化晶粒；電磁模擬微重力場可使鎳包覆納米SiC顆粒在熔體中分散均勻；電場可增加熔體的過冷度，降低形核勢壘，使得晶粒細化；等徑角擠壓變形可以進一步細化晶粒，提高復合材料的綜合力學性能。

具體實施方式

結合實施例進一步說明本發明。

實施例1