[發(fā)明專利]一種高比強度鎂鋰基復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110492925.2
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113249625B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 巫瑞智;徐林;王佳豪;張春波;侯樂干;秦豐;郝曉偉
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C25D13/02;C22F1/06;B21B1/22;B23K20/12;B32B9/00;B32B9/04;B32B15/04;B32B37/06;B32B37/10
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本發(fā)明提供一種高比強度鎂鋰基復(fù)合材料及其制備方法，該材料以超輕鎂鋰合金LA141作為基體，多壁碳納米管為增強體，由以下方法制備而成：(1)利用電泳沉積技術(shù)制備MWCNTs膜層；(2)累積疊軋制備LA141/MWCNTs板材；(3)攪拌摩擦加工制備LA141/MWCNTs復(fù)合材料。本發(fā)明的鎂鋰基復(fù)合材料及其制備方法，通過采用電泳沉及技術(shù)、累積疊軋技術(shù)和攪拌摩擦加工相結(jié)合，從而實現(xiàn)了鎂鋰基復(fù)合材料的制備。該方法操作簡單，成本較低，制備出了具有超細晶、增強體分布均勻和比強度較高的復(fù)合材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鎂鋰基復(fù)合材料及其制備方法，具體涉及一種高比強度鎂鋰基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

研究發(fā)現(xiàn)通過在Mg中添加Li元素，可以使密度降低至1.35-1.65g/cm³，比普通鎂合金輕1/4-1/3，由于其低密度的特點，鎂鋰合金被人們稱為超輕合金。此外通過Li元素的添加使Mg的晶格結(jié)構(gòu)從密排六方(hcp)變?yōu)轶w心立方(bcc)，由于體心立方結(jié)構(gòu)的滑移系較密排立方結(jié)構(gòu)多，因此提高金屬鎂的塑性變形能力。由鎂理合金的二元相圖可知，當(dāng)Li含量小于5.70％時，合金中僅存α-Mg相；當(dāng)Li含量為5.70～10.3％時，合金中存在α-Mg相和β-Li相，為雙相鎂鋰合金；當(dāng)Li元素含量大于10.3％時，合金中僅存β-Li相。鎂鋰合金除了低密度的特點，同時還具備較好比剛度、比強度以及良好阻尼性能和電磁屏蔽性能，在航天航空、國防軍工領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域以及3C行業(yè)有著廣泛的用途。雖然鎂鋰合金具有低密度等諸多優(yōu)點，但是相比于其他合金強度較低，限制了其運用的范圍，因此急需提高其強度擴大其使用的范圍。

碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)性能以及良好的熱學(xué)性能和電學(xué)性能，對于復(fù)合材料而言是一種理想的增強體。碳納米管增強金屬基復(fù)合材料具有較高的比強度和比剛度，而且具有潛在的優(yōu)良導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，在航空航天、汽車制造、3C等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。由于碳納米管之間范德華力作用強，導(dǎo)致其在金屬基體材料中發(fā)生團聚，不能很好地體現(xiàn)出其優(yōu)異的增強作用，因此在制備碳納米管增強金屬基復(fù)合材料時，如何分散碳納米管成為大家關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)問題。

攪拌摩擦加工是一種以攪拌摩擦焊為基礎(chǔ)發(fā)展的一種劇烈塑性變形加工技術(shù)，在復(fù)合材料制備、材料改性等方面有著廣泛的用途。由于該技術(shù)具有較大的塑性變形，因此在制備復(fù)合材料過程中不僅可以顯著細化基體材料的微觀組織，與傳統(tǒng)的塑性變形加工相比，攪拌摩擦加工技術(shù)在過程中使材料發(fā)生劇烈塑性變形，在攪拌頭的作用下材料發(fā)生塑性流動，顯微組織發(fā)生混合和破碎，使增強體顆粒在基體中的分布更加均勻。攪拌摩擦加工技術(shù)是一種高效、綠色的固相加工技術(shù)，與其他制備方法相比，具有操作方便、成本低、不良界面反應(yīng)少等優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容

鎂鋰合金LA141塑性變形能力好，適合累積疊軋和攪拌摩擦加工；高鋰含量合金的晶粒粗大，有必要采用劇烈塑性變形進行晶粒細化；MWCNTs表面活性大，容易團聚，攪拌摩擦加工有利于使其均勻分布。本發(fā)明的目的在于提供一種高比強度鎂鋰基復(fù)合材料及其制備方法。該方法制備的復(fù)合材料不僅增強體(MWCNTs)在基體材料分布均勻，而且使基體材料(LA141)晶粒得到明顯的細化，從而使該復(fù)合材料具備較高的比強度。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明將電泳沉積技術(shù)、累積疊軋技術(shù)和攪拌摩擦加工的優(yōu)點結(jié)合起來，開發(fā)出新的工藝流程。首先利用電泳沉積技術(shù)在基體板材上制備出宏觀均勻分散的碳納米管膜層，然后利用累積疊軋技術(shù)對具有碳納米管膜層的基體板材(LA141)進行預(yù)成型，制備出具體較高體積分數(shù)碳納米管的LA141/MWCNTs預(yù)制板材，最后利用攪拌摩擦加工所用攪拌頭的旋轉(zhuǎn)和給進所產(chǎn)生劇烈的塑性變形，讓基體材料在高速運動的攪拌頭作用下發(fā)生塑性流動，與增強體材料發(fā)生混合，從而使增強體在基體中均勻分布，此外，由于攪拌摩擦的劇烈塑性變形作用，使得基體材料的晶粒發(fā)生明顯的細化。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：