[發明專利]一種長周期結構顆粒增強鎂基/鋁基復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810319020.3
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108374099A
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 余暉;李仲杰;范少達;彭秋明;丁儉;宋開紅;夏興川
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C21/00;C22C23/00;C22C1/03;B22F9/04
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種長周期結構顆粒增強鎂基/鋁基復合材料的制備方法。所述的方法包括以下步驟：通過在鎂粉、鋁粉、鎂合金粉或鋁合金粉中加入采用Mg?Zn?Y體系的增強顆粒，采用SPS方法或六面頂壓機方法進行熱壓、燒結，制得鎂基/鋁基復合材料。本發明不含重稀土元素Er等，得到增強相顆粒通過高能球磨轉變為納米晶，硬度高，且與鎂/鋁基體有著較好的結合性，制備出性能優異的復合材料。

技術領域：

本發明涉及到含納米晶LPSO相顆粒增強鎂/鋁基復合材料的制備方法，屬新材料領域。

背景技術：

隨著航空航天，交通運輸以及電子通訊等行業的迅猛發展，對于新材料也提出了更高的要求，輕量化的新型材料越來越受到海內外各界的重視。傳統的鎂合金及鋁合金有著低密度，比強度大等特點，但絕對強度偏低限制了其進一步工業應用。

近年來，研究人員一方面通過向鎂合金中添加合金元素來改善鎂合金的綜合力學性能并取得了一系列的進展。其中，2001年日本科學家河村能人發現在Mg-Zn合金中添加一定比例的稀土元素會生成一種長周期結構(LPSO)，他通過快速凝固+粉末冶金的方法制備出屈服強度>600MPa，延伸率>5％的Mg₉₇Zn₂Y₁高性能鎂合金。但是目前相關研究重點均集中于可原位自生LPSO型鎂合金中，主要有通過成分調控制備出了不同類型LPSO型鎂合金，特別是該原位自生LPSO相對鎂合金高溫性能具有重要影響。

另一方面，鎂基/鋁基復合材料的出現極大的改善了目前鎂合金、鋁合金存在的力學性能較差的問題，特別是可以調控材料彈性模量，有著很好的發展前景。但目前鎂基/鋁基復合材料的常用增強相主要為SiC、TiC等陶瓷顆粒。雖然陶瓷顆粒具有較高的硬度，但其本身塑性差且增強相與基體之間的結合弱限制了復合材料的潛在應用。

現有技術中，中國發明專利“一種高性能鎂金屬基復合材料及其制備方法CN103695676”公開了一種LPSO相顆粒增強鎂基復合材料的制備方法，該方法提及將LPSO相作為外部增強顆粒添加到鎂合金中來制備復合材料，但該增強顆粒的LPSO相含量僅為65％，且需采用價格較高的重稀土元素Er，不利于工業化生產成本控制。此外，單純破碎鑄態組織，并使其作為增強相顆粒添加到復合材料，其增強顆粒力學性能有限，顆粒表面氧化及污染也不利于進一步提升復合材料的性能。

發明內容

本發明針對當前技術中存在的不足，提供了一種高性能的納米晶LPSO顆粒增強鎂基/鋁基復合材料的制備方法。所述的復合材料是通過在鎂粉、鋁粉、鎂合金粉或鋁合金粉中加入采用Mg-Zn-Y體系的增強顆粒，經過加壓和燒結，得到的復合材料。本發明的復合材料中的LPSO相含量非常高接近100％。本發明不含重稀土元素Er等，得到增強相顆粒通過高能球磨轉變為納米晶，硬度高，且與鎂/鋁基體有著較好的結合性，制備出性能優異的復合材料。

本發明的技術方案為：

一種長周期結構顆粒增強鎂基/鋁基復合材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1).復合材料的混合

將球磨后的增強相粉末與基粉進行機械混合，得到混合粉末，其中，增強相粉末的質量為混合粉末的質量的5％-30％；增強相粉末的粒徑為60-90μm，鎂/鋁合金粉末的粒徑為150μm-270μm；所述的增強相粉末的組成為Mg-Zn-Y合金，其組成的質量配比為Mg：Zn：Y＝60-78：5-13：15-25；所述的基粉為鎂粉、鋁粉、鎂合金粉或鋁合金粉；

(2).復合材料的燒結

將上步得到的混合粉末采用SPS方法或六面頂壓機方法進行熱壓、燒結，制得鎂基/鋁基復合材料；