[發(fā)明專利]一種高體分多相混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010943402.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112176262B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪彥博;周海濤;孫京麗;肖旅;徐玉棱;陳舸;董喜旺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海航天精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): C22C49/14
• 分類號(hào): C22C49/14;C22C49/04;C22C47/04;C22C47/06;C22C47/12
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 王永芳

本發(fā)明提供了一種高體分多相混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料及其制備方法，通過(guò)利用短纖維先制備出短纖維預(yù)制塊，然后再壓力浸滲納米顆粒增強(qiáng)稀土鎂合金熔液實(shí)現(xiàn)。相較于傳統(tǒng)短纖維預(yù)制塊浸滲制備的鎂基復(fù)合材料，增加了納米級(jí)顆粒增強(qiáng)體，不僅使得復(fù)合材料的性能進(jìn)一步提升，還解決了復(fù)合材料性能單一的問(wèn)題；相較于先制備納米顆粒帶涂層短纖維混合預(yù)制塊，再浸滲制備鎂基復(fù)合材料的方法，采用帶涂層短纖維預(yù)制塊浸滲納米顆粒增強(qiáng)鎂合金制備鎂基復(fù)合材料，兩種增強(qiáng)體在金屬基體中分布更均勻、纖維表面涂層完整無(wú)破損；同時(shí)，對(duì)短纖維預(yù)制塊進(jìn)行表面涂層處理，解決了鎂合金熔液和預(yù)制塊的潤(rùn)濕性差的問(wèn)題，制得的增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料高模量、高強(qiáng)度、耐磨性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鎂基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高體分多相混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鎂合金在化工、電子、汽車、火箭、航空航天運(yùn)載工具等工業(yè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。但鎂合金本身的固有性能缺陷也限制了鎂及其合金在某些方面的應(yīng)用。為了克服這些缺陷，擴(kuò)大其應(yīng)用，常對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化處理，加入增強(qiáng)相以得到復(fù)合增強(qiáng)效果。增強(qiáng)相大致可分為三類：顆粒、晶須、纖維。顆粒的選擇要求基體與增強(qiáng)顆粒的物理、化學(xué)相容性好，潤(rùn)濕性優(yōu)良，盡量避免顆粒與基體的強(qiáng)烈反應(yīng)。顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料通常料硬度和耐磨性高于基體，抗拉強(qiáng)度也大大提高，且一般隨著顆粒體積分?jǐn)?shù)的增大，增強(qiáng)效果更好。顆粒增強(qiáng)相的粒度對(duì)增強(qiáng)效果也存在影響，一般以納米級(jí)顆粒增強(qiáng)效果最優(yōu)，但是納米級(jí)顆粒在金屬熔體中極易團(tuán)聚，降低了復(fù)合材料的性能。

以往復(fù)合材料選擇的增強(qiáng)體通常只有一種，但每種增強(qiáng)相的增強(qiáng)效果各有優(yōu)劣，常會(huì)出現(xiàn)制備的復(fù)合材料能滿足某一性能要求，卻不能滿足另一性能要求的情況。受到混雜增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的啟發(fā)，研究者們將目光投向了非連續(xù)相混雜增強(qiáng)復(fù)合材料，將各種增強(qiáng)材料的不同性質(zhì)相互補(bǔ)充，可以更好地提高復(fù)合材料的綜合性能。混雜增強(qiáng)復(fù)合材料通常是選擇兩種增強(qiáng)體，包括顆粒+纖維、纖維+晶須、顆粒+晶須等，不同增強(qiáng)體間相互作用產(chǎn)生的混雜效應(yīng)理論上能夠提高材料的性能，然而，現(xiàn)有復(fù)合材料受制于制備方法等因素，增強(qiáng)體體分偏低，各性能增強(qiáng)效果并不明顯。同時(shí)，顆粒材料和纖維材料與鎂合金基體存在不潤(rùn)濕、界面結(jié)合強(qiáng)度弱的問(wèn)題，這會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的性能達(dá)不到理論值、甚至低于基體的性能。

因而，亟需對(duì)高體分多相混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料進(jìn)行深入研究，解決現(xiàn)有鎂基復(fù)合材料增強(qiáng)體體分偏低、增強(qiáng)效果不明顯、增強(qiáng)體與鎂合金基體界面結(jié)合強(qiáng)度弱的問(wèn)題，獲得高模量、高強(qiáng)度的、耐磨損的增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究，提供了一種高體分多相混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料及其制備方法，相較于傳統(tǒng)短纖維預(yù)制塊浸滲制備的鎂基復(fù)合材料，增加了納米級(jí)顆粒增強(qiáng)體，不僅使得復(fù)合材料的性能進(jìn)一步提升，還解決了復(fù)合材料性能單一的問(wèn)題；相較于先制備納米顆粒帶涂層短短纖維混合預(yù)制塊，再浸滲制備鎂基復(fù)合材料的方法，本發(fā)明制備方法采用帶涂層短纖維預(yù)制塊浸滲納米顆粒增強(qiáng)鎂合金制備鎂基復(fù)合材料，兩種增強(qiáng)體在金屬基體中分布更均勻、且纖維表面涂層完整無(wú)破損；同時(shí)，對(duì)短纖維預(yù)制塊進(jìn)行表面涂層處理，解決了鎂合金熔液和預(yù)制塊的潤(rùn)濕性差的問(wèn)題，制備出高體分、高模量、高強(qiáng)度的納米顆粒+短纖維混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，從而完成本發(fā)明。

本發(fā)明提供了的技術(shù)方案如下：

第一方面，一種高體分多相混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，該高體分多相混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料通過(guò)利用短纖維先制備出短纖維預(yù)制塊，然后再壓力浸滲納米顆粒增強(qiáng)稀土鎂合金熔液實(shí)現(xiàn)，其中，

所述稀土鎂合金成分為Mg-(0-15)X-(0-1)Zr(wt.％)，X為Gd、Y、Sm、Nd、Zn等中的一種或幾種；

所述短纖維選自碳纖維、氧化鋁纖維或硼纖維中的一種或幾種；

所述納米顆粒選自SiC、TiC、Al₂O₃、TiB₂、B₄C中的一種或兩種。