[發明專利]一種高鈣高鋁含量的高彈性模量鎂基復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 201910238148.1
• 申請日: 2019-03-27
• 公開（公告）號: CN109913720B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 潘虎成;秦高梧;李景仁;任玉平;楊延濤;李松;左良
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C23/02;C22C23/06;C22C30/00;C22C1/03
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 劉曉嵐

一種高鈣高鋁含量的高彈性模量鎂基復合材料，所述鎂基復合材料的組分以質量百分比計為：Ca：4.00～25.00％；Al：4.00～25.00％；Sr：0.00～3.00％；Nd：0.00～8.00％；Y：0.00～8.00％；Gd：0.00～8.00％；Er：0.00～8.00％，其余為Mg和雜質。制備方法包括如下步驟：(1)準備材料；(2)鑄錠熔煉。本發明的有益效果是：1.與常規的鎂鋁鈣系鎂合金相比，本發明關注強度的同時，更著重關注材料的彈性模量，共晶組織相組成為α?Mg及具有高模量的Mg₂Ca、Al₂Ca、(Mg,Al)₂Ca相，共晶組織含量較高，并可有效調控各相含量進一步調控材料整體模量。2.本發明采用普通鑄造，工藝流程簡單，通過調控成分來調控共晶組織形貌，制備兼備高彈性模量和高強度的鎂基復合材料。

技術領域

本發明屬于鎂合金及鎂基復合材料領域，尤其涉及一種高鈣高鋁含量的高彈性模量鎂基復合材料及制備方法。

背景技術

近年來，能源危機、資源枯竭和環境惡化對航空航天，汽車工業的輕量化，節能減排和低碳環保提出了更高的要求。鎂合金以其低密度、高比強度、高比剛度等優良特性，受到日益廣泛的關注，成為近年來金屬結構材料研究的一個重要方向。前期大部分相關研究工作集中于鎂合金的強韌性研究：通過加入鋁、釔等在鎂中最大固溶度較大且隨溫度變化顯著的合金元素來實現固溶強化和析出強化；通過加入鋯、釓、銀、硅等元素來細化晶粒，達到強韌性兼備的目的；通過調控凝固速率，加工工藝，熱處理的工藝手段來調控合金組織。然而除了強韌性，鎂合金的應用還應考慮的一個重要力學性能指標是彈性模量，尤其應用在承力件材料中。目前，Mg-RE系鎂合金具有較高的強度，且當合金中含有長周期有序相(LPSO)時該體系合金可達到50GPa的彈性模量。但是，高含量的稀土元素不僅使合金成本顯著增加，還增加鎂合金的密度，這極大削弱了鎂合金作為輕量化材料的優勢。近年來，在鎂合金中添加Ca、Sr等堿土金屬元素替代稀土元素的研究取得了很好的效果，有望制備出兼顧強韌性的高彈性模量鎂合金材料。

共晶組織是在鋼鐵材料中普遍存在的組織，典型的如珠光體。目前商用鎂合金中所加入的合金元素一般不超過10％(質量百分比)，鎂合金材料的強化設計思路也大部分模仿鋁合金材料，采取微合金化及固溶—時效的熱處理工藝取得高密度析出的細小第二相，例如Mg-Zn系合金中通過Ag、Ca、Zr等微合金化元素及固溶—時效的熱處理工藝來調控析出相尺寸和形貌，然而關于大量的共晶組織甚至完全共晶組織的鎂合金材料設計鮮有報道。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供一種高鈣高鋁含量的高彈性模量鎂基復合材料及制備方法，選用廉價的低密度的非稀土元素，降低成本，得到高彈性模量鎂基復合材料。

一種高鈣高鋁含量的高彈性模量鎂基復合材料，其特征在于，所述鎂基復合材料的組分以質量百分比計為：Ca：4.00～25.00％；Al：4.00～25.00％；Sr：0.00～3.00％；Nd：0.00～8.00％；Y：0.00～8.00％；Gd：0.00～8.00％；Er：0.00～8.00％，其余為Mg和雜質。

所述Sr為鎂鍶中間合金；Nd為鎂釹中間合金；Y為鎂釔中間合金。

所述Gd為鎂釓中間合金；Er為鎂鉺中間合金。

所述一種高鈣高鋁含量的高彈性模量鎂基復合材料，其中鎂基復合材料的組分以質量百分比計為：Sr：0.50～3.00％。

所述一種高鈣高鋁含量的高彈性模量鎂基復合材料，其中鎂基復合材料的組分以質量百分比計為：Nd：1.00～8.00％。

所述一種高鈣高鋁含量的高彈性模量鎂基復合材料，其中鎂基復合材料的組分以質量百分比計為：Y：0.50～8.00％。

所述一種高鈣高鋁含量的高彈性模量鎂基復合材料，其中鎂基復合材料的組分以質量百分比計為：Gd：0.10～8.00％。