[發明專利]以鈦或鈦合金為骨架增強體的鎂基復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 202010370286.8
• 申請日: 2020-05-06
• 公開（公告）號: CN111250703B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 劉增乾;張明陽;張哲峰
• 申請（專利權）人: 季華實驗室
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/11;B22F3/26;B22D23/04;C22C23/00;C22C14/00;B33Y10/00;B33Y80/00
• 代理公司: 佛山市海融科創知識產權代理事務所(普通合伙) 44377
• 代理人: 陳志超;羅尹清

本發明公開一種以鈦或鈦合金為骨架增強體的鎂基復合材料及制備方法，所述鎂基復合材料包括骨架增強體和鎂基體；所述骨架增強體為基于仿生結構設計的骨架，鎂基體浸滲骨架增強體復合形成具有仿生結構的復合材料；所述仿生結構為仿鮑魚殼珍珠層的磚?墻結構、仿紫石房蛤貝殼的交叉疊片結構或仿節肢動物外骨骼的螺旋編織結構。本發明利用具有仿生結構的鈦或鈦合金骨架增強鎂或鎂合金，并采用3D打印技術實現對鎂基復合材料中骨架結構的精確設計和控制，從而在不明顯提高材料密度并且不降低阻尼性能的前提下，顯著提高鎂或鎂合金的強度、剛度、斷裂韌性、抗沖擊性。

技術領域

本發明涉及金屬基復合材料領域，主要涉及一種以鈦或鈦合金為骨架增強體的鎂基復合材料及制備方法。

背景技術

在保證安全服役的前提下，實現結構材料的輕量化能夠有效減輕結構件的重量，從而有利于節約能源并減少環境污染，因此具有重要的科學意義和實用價值。例如，在交通運輸領域，汽車輕量化設計能夠提高燃油效率，減少燃料消耗和尾氣排放，因而已成為當今汽車發展的主要趨勢之一。結構材料輕量化的實現主要依賴于其比強度和比剛度等力學性能的提高。鎂與鎂合金因具有較低的密度（純鎂的密度為1.74g/cm3）而表現出突出的比強度和比剛度，同時具有良好的阻尼減震、導熱和電磁屏蔽等功能特性，因此被廣泛應用于交通運輸、生物醫用、電子產品等諸多領域。

然而，與鋼鐵、鈦合金、鋁合金等金屬結構材料相比，鎂與鎂合金的絕對強度和剛度仍然偏低，并且耐磨性和耐熱性較差，同時表現出較低的高溫強度和抗高溫蠕變能力，這在很大程度上限制其作為輕型結構材料的應用。通過在鎂或鎂合金基體中引入增強相制備鎂基復合材料是解決上述問題的有效途徑之一。常用的復合化方法是在鎂或鎂合金基體中引入隨機均勻分布的增強相顆粒或纖維。然而，傳統鎂基復合材料的組織結構難于進行精確設計與控制，缺乏有序的組織結構和有效的強韌化搭配，因而材料的力學性能無法進行有效調控和提升。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種以鈦或鈦合金為骨架增強體的鎂基復合材料及制備方法，利用具有仿生結構的鈦或鈦合金骨架增強鎂或鎂合金，并采用3D打印技術實現對鎂基復合材料中骨架結構的精確設計和控制，從而在不明顯提高材料密度并且不降低阻尼性能的前提下，顯著提高鎂或鎂合金的強度、剛度、斷裂韌性、抗沖擊性，旨在解決現有鎂基復合材料的力學性能無法有效調控的問題。

本發明的技術方案如下：

一種以鈦或鈦合金為骨架增強體的鎂基復合材料，其中，所述鎂基復合材料包括骨架增強體和鎂基體；

所述骨架增強體為基于仿生結構設計的骨架，鎂基體浸滲骨架增強體復合形成具有仿生結構的復合材料；所述仿生結構為仿鮑魚殼珍珠層的磚-墻結構、仿紫石房蛤貝殼的交叉疊片結構或仿節肢動物外骨骼的螺旋編織結構；

所述骨架增強體為采用3D打印技術制備得到；

其中，鎂基體為鎂或鎂合金，所述骨架增強體為鈦或鈦合金。

所述的以鈦或鈦合金為骨架增強體的鎂基復合材料，其中，當所述仿生結構為磚-墻結構時，骨架增強體表現為六邊形框架以堆砌方式分層錯位堆疊形成的骨架。

所述的以鈦或鈦合金為骨架增強體的鎂基復合材料，其中，所述六邊形框架為正六邊形框架，正六邊形框架在同層密鋪平面，分層錯位使正六邊形框架的其中三個頂點位于相鄰層三個正六邊形框架的中心、單數層的正六邊形框架中心在同一直線上、雙數層的正六邊形框架中心在同一直線上。

所述的以鈦或鈦合金為骨架增強體的鎂基復合材料，其中，當所述仿生結構為交叉疊片結構時，骨架增強體表現為短棒或薄片在同層呈鋸齒狀排列、在相鄰層中交錯排列形成的骨架。