[發明專利]AlN和SiC混雜增強鎂鋰基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010300851.3
• 申請日: 2020-04-16
• 公開（公告）號: CN111304507B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 廖光瀾;劉文才;吳國華;張亮;丁德華
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C32/00;C22C1/10;C22C1/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明公開了一種AlN和SiC混雜增強鎂鋰基復合材料及其制備方法；所述復合材料中各組分的質量百分比為：Li 8?15％，Zn 1?5％，SiC 0.5?5％，AlN 0.5?5％，余量為Mg和不可避免的雜質。其制備包括AlN/鎂屑預制塊、SiC/鎂屑預制塊的制備；氬氣保護熔煉和塑性變形三部分。本發明通過制備AlN/鎂屑預制塊及SiC/鎂屑預制塊、機械攪拌和超聲處理熔體，實現AlN和SiC顆粒在鎂鋰基體中的均勻分散及其與合金基體界面的良好結合，對鑄錠進行后續塑性變形后獲得具有高強度和彈性模量的復合材料。材料選擇鎂鋰合金為基體，獲得的復合材料具有優異的輕量化優勢；且制備工藝流程簡單，適合批量生產，在航空航天領域顯示出廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于金屬基復合材料及其制備領域；具體涉及一種AlN和SiC混雜增強鎂鋰基復合材料及其制備方法。

背景技術

鎂鋰合金作為密度最低(1.30g/cm³-1.60g/cm³)的金屬結構材料，在航空航天以及軍事領域具有良好的應用前景。但相比其他成熟的結構材料，鎂鋰合金有絕對強度和彈性模量偏低等缺點，這限制了鎂鋰合金的應用范圍。一般而言，隨著鎂鋰合金中的Li含量升高，合金的塑性提高，強度降低。而有一定的Li含量，是鎂鋰合金體現超輕性的必要條件。因而，針對高Li(Li含量≥8wt％)含量鎂鋰合金的強化就尤為重要。

各種強化方式中，復合強化是提高鎂鋰基合金強度的有效途徑。復合強化常用陶瓷顆粒作為增強相。常用的陶瓷顆粒中，WC、ZrB₂密度較高，作為增強相加入會大大降低鎂鋰合金的比強度，破壞鎂鋰合金低密度的優勢；Al₂O₃則會與Mg發生反應：Al₂O₃+Mg→MgO+Al，這會降低其與基體之間的結合強度。AlN是一種共價鍵化合物，為原子晶體，彈性模量為310GPa，在鎂鋰基合金中加入細小的AlN顆粒有望提升鎂鋰合金的強度和彈性模量。且AlN在鎂鋰基體中可穩定存在，不會發生額外反應。SiC擁有化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨性能好等優良物理特性，其彈性模量可達450GPa，加之在鎂鋰基體中可穩定存在，可用于增強鎂鋰合金，提高其強度和彈性模量。

在不含Li的傳統鎂合金中，已有AlN和SiC增強鎂基復合材料的報道。王朝暉等將氮氣通入Mg-Al合金中，通過原位反應在基體中生成AlN增強顆粒(《一種AlN顆粒增強鎂基復合材料的制備方法》公開號CN106048351A。鮑崇高等通過粉末冶金法制備了AlN顆粒增強Mg-Al基復合材料(《一種AlN顆粒增強Mg-Al基復合材料的制備》公開號：CN104911426A)。楊琳等通過粉末冶金法制備了SiC顆粒增強鎂基復合材料(《一種碳化硅顆粒增強鎂基復合材料及制備方法》公開號：CN103031452A)。而由于Li元素極易氧化，鎂鋰合金需要在真空熔煉爐中采用氬氣保護熔煉，無法實現氮氣連續通入鎂鋰熔體中。此外，鋰粉和鎂鋰合金粉均極易氧化，難以制備和保存，采用粉末冶金的制備方法需要全流程在惰性氣氛保護下進行，成本高且存在安全隱患。直接向鎂鋰合金熔體中添加AlN和SiC顆粒則難以實現顆粒在熔體中的均勻和彌散分散。任政等公開了《一種復合材料中微納米顆粒增強相的彌散分布方法》(公開號：CN103866154A)，此方法將球磨后的粉末直接加入熔體，此方法對一般合金有效，但對于鎂鋰合金，一方面鎂粉十分活潑，直接加入熔體十分危險，且直接加入會導致增強體顆粒的嚴重燒損。另一方面，鋰粉和鎂鋰合金粉均極易氧化，難以制備和保存，采用粉末冶金的制備方法需要全流程在惰性氣氛保護下進行，成本高且存在安全隱患。因而，有必要開發新的方法，實現AlN和SiC混雜增強鎂鋰基復合材料的低成本和高質量制備。

發明內容