[發明專利]一種增強鎂基復合材料界面結合的方法

有效

• 申請號: 202011286307.4
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112453398B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 馮中學;張玉華;趙珊;薛寶帥;李同曼;張超;章同應
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/14;C22C1/04;C22C23/00
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發明公開一種增強鎂基復合材料界面結合的方法，屬于復合材料結構設計領域。本發明所述方法將增強體選擇具有高表面能的金屬非晶(BMG)，采用“濕混→干燥→球磨→放電等離子燒結”的粉末冶金方法，得到界面良好的鎂基復合材料。本發明所述結構設計方法將增強體設計為高表面能的非晶相，利用金屬元素之間的相互作用，增強界面結合性能，從而避免了傳統增強相界面結合性能差的缺點。鎂合金表面始終存在一層抑制粘結的鈍化氧化層，但是在燒結期間通過動態壓制引入粉末顆粒表面的氧化膜，從而形成金屬?非金屬?金屬的結合粘接。

技術領域

本發明涉及一種增強鎂基復合材料界面結合的方法，屬于復合材料結構設計領域。

背景技術

鎂基復合材料具有高比強度以及優良的耐磨、減震等優異性能，在航空航天、汽車等領域獲得越來越多的關注。但是其彈性模量低而無法廣泛應用。而影響鎂基復合材料彈性模量最主要因素就是界面結合。傳統意義上鎂基非晶復合材料的增強體主要有SiC、B₄C、Al₂O₃等，但是由于界面結合不好，導致其彈性模量不夠高，撓度不夠，而無法廣泛應用。

發明內容

為解決鎂基復合材料結構界面結合不理想的問題，本發明的目的在于提供一種增強鎂基復合材料界面結合的方法，選擇球形鐵基非晶顆粒作為鎂基復合材料的增強相，球形鐵基非晶顆粒具有高的表面能，且在燒結過程中球形鐵基非晶顆粒增強體與鎂基體之間為金屬元素相互作用，形成金屬-非金屬-金屬的結合方式，從而增強鎂基復合材料界面結合。

本發明所述增強鎂基復合材料界面結合的方法，具體包括以下步驟：

（1）將純鎂粉和球形鐵基非晶粉按比例混合均勻，混料后在真空條件下干燥，然后壓結成（Φ10×20?mm）圓柱形試樣；

（2）采用放電等離子燒結工藝對試樣進行燒結，最終實現增強鎂基復合材料界面結合。

優選的，本發明所述球形鐵基非晶粉與鎂粉的尺寸為20~50μm，保證鎂粉末與非晶顆粒尺寸相近，有利于復合材料變形。

優選的，在混合粉體中球形鐵基非晶粉的質量百分比為10%~40%。

優選的，本發明步驟（1）中混料后干燥條件為：80℃，干燥1~12?h。

優選的，本發明步驟（2）中放電等離子燒結的條件為：燒結溫度500?~?630℃，燒結壓力30~40?MPa，保溫時間15~20min。

本發明所述球形鐵基非晶顆粒增強體的軟化溫度（過冷液相區）在500?~?630℃，且在該溫度范圍不發生晶化，符合鎂基復合材料的燒結溫度，有利于鎂基復合材料燒結致密。

本發明的原理：球形鐵基非晶包含多種高熔點金屬，本發明采用鎂粉與球形鐵基非晶顆粒增強體相結合的方式，利用球形鐵基非晶顆粒較高的表面能與金屬元素之間的相互作用，保證增強體與基體之間形成良好的界面結合；另外，本發明采用鐵基非晶顆粒增強體，利用球形顆粒強化效果好和受力均勻的優勢，并保證增強體與基體粉末尺寸相近，進一步增強了復合材料在變形過程中的穩定性，且在非晶增強體軟化溫度范圍進行燒結，制備出致密的球形非晶顆粒增強鎂基復合材料；不規則形狀的增強體容易應力集中，所以塑性差；而球形鐵基非晶顆粒增強體沒有應力集中，界面相容性較好，在塑性好的基礎上，增強鎂基復合材料的彈性模。

本發明的有益效果是：

（1）相比較而言采用普通復合材料強化結構的方式，本發明所述方法不僅因為界面結合性能好而能夠有效發揮增強體的作用，也能提高復合材料的彈性模量；一方面使變形應力均勻分布在增強體表面，在提升復合材料強度的同時，提高復合材料協調變形能力，即提升復合材料的韌性；另一方面，球形鐵基非晶顆粒具有高的表面能，而且球形鐵基非晶顆粒處于亞穩態，燒結過程中促進放熱，促進界面結合。