[發明專利]一種多元多尺度混雜增強鎂鋰基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910650598.1
• 申請日: 2019-07-18
• 公開（公告）號: CN110343921B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 張揚;李飛龍;陳曉陽;盧雅琳;李小平
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C32/00;C22C1/10;C22C1/02
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 陳麗萍

本發明涉及金屬材料技術領域，具體涉及一種多元多尺度混雜增強鎂鋰基復合材料及其制備方法。一種多元多尺度混雜增強鎂鋰基復合材料，以鎂鋰合金為基體，以微米碳化鈦顆粒、納米碳化鈦顆粒、包鎳多壁碳納米管為增強相，包含以重量比計的下列組分：5～15wt.％的微米碳化鈦顆粒、1～3wt.％的納米碳化鈦顆粒、0.5～1.5wt％的包鎳多壁碳納米管、3～6wt.％的Al、8～14wt.％的Li、余量為Mg，雜質元素Si、Fe、Cu和Ni的總量小于0.02wt.％。本發明還提供其制備方法。本發明制備的鎂鋰基復合材料，在不明顯提高材料密度的前提下，大幅提高鎂鋰基復合材料的強度，并保證良好的塑性。

技術領域

本發明涉及金屬材料技術領域，涉及一種鎂鋰基復合材料及其制備方法，尤其涉及一種多元多尺度混雜增強鎂鋰基復合材料及其制備方法。

背景技術

鎂合金是一類廣泛研究和應用的輕質金屬結構材料，鋰(Li，密度僅為0.534g/cm³)作為合金元素加入鎂(Mg，密度為1.736g/cm³)后能夠進一步降低鎂合金的密度，所得到的鎂鋰合金是迄今為止密度最小的金屬結構材料，被稱為“超輕合金”，國外甚至開發出能漂浮于水上的鎂鋰“夢幻合金”。當鋰含量在5.7wt.％以下時，合金為密排六方結構的α-Mg單相組織；當鋰含量介于5.7～10.3wt.％之間時，鎂鋰合金為α-Mg+β-Li雙相組織；當鋰含量超過10.3wt.％時，合金為體心立方結構的β-Li單相組織。隨著鋰含量的升高，鎂鋰合金的密度逐漸降低，塑性不斷提高，合金的強度也隨之降低。與普通鎂合金相比，鎂鋰合金兼具密度小、比強度和比剛度高、加工變形能力強、阻尼性能好等優點，在航空航天領域展現出巨大的應用前景。

但是，鎂鋰合金在航空航天中的應用長期局限于少數對力學性能要求不高的零部件，強度不足已成為制約鎂鋰合金大規模應用的最大障礙。采用復合強化的方式，以鎂鋰合金為基體，加入合適的增強相，是提高鎂鋰合金強度的可行途徑。從現有研究結果來看，復合強化雖然能夠顯著提高鎂鋰合金的力學性能，但其絕對強度仍相對偏低，此外增強相的大量添加還會對其塑性和密度產生不利影響。傳統的金屬基復合材料，大多只是加入單一增強相，僅通過調節兩相之間空間分布及界面控制發揮協同作用，限制了金屬基復合材料研究和應用的推進。

發明內容

為了解決現有技術中存在的較難實現鎂鋰合金的強度和塑性同步增強，本發明通過向鎂鋰合金基體中加入微米碳化鈦顆粒、納米碳化鈦顆粒和包鎳多壁碳納米管，在不明顯提高合金密度的前提下，大幅提高鎂鋰基復合材料的強度，并保證良好的塑性。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種多元多尺度混雜增強鎂鋰基復合材料，為以鎂鋰合金為基體，以微米碳化鈦顆粒、納米碳化鈦顆粒、包鎳多壁碳納米管為增強相，具體包含以重量比計的下列組分：5～15wt.％的微米碳化鈦顆粒、1～3wt.％的納米碳化鈦顆粒、0.5～1.5wt％的包鎳多壁碳納米管、3～6wt.％的Al、8～14wt.％的Li、余量為Mg，雜質元素Si、Fe、Cu和Ni的總量小于0.02wt.％。

優選地，所述微米碳化鈦顆粒的粒徑為5-20μm，所述納米碳化鈦顆粒的粒徑為20-100nm。

優選地，所述包鎳多壁碳納米管的直徑為20-50nm，長度為10-50μm。

本發明還提供了一種所述的多元多尺度混雜增強鎂鋰基復合材料的制備方法，具體包括如下步驟：

(1)將微米碳化鈦顆粒、納米碳化鈦顆粒、包鎳多壁碳納米管與Al粉混合，混合后進行球磨，得到復合粉末；

(2)對球磨得到的復合粉末進行預壓，得到預壓塊；

(3)按照復合材料的組分重量比的要求，計算所需上述預壓塊、Mg塊和Li塊的質量并配料；待Mg塊和Li塊完全熔化后向熔體中加入上述預壓塊，繼續熔煉并鑄造成形，得到多元多尺度混雜增強鎂鋰基復合材料。