[發明專利]一種層狀梯度結構顆粒增強鎂基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110696830.2
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113373359A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 梁益龍;彭貴貴;李偉
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C23/02;C22C1/05;B22F3/02;B22F3/14;B22F3/18
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 李博

本發明提供了一種層狀梯度結構顆粒增強鎂基合金復合材料及其制備方法，涉及梯度金屬基復合材料技術領域。本發明提供的層狀梯度結構顆粒增強鎂基合金復合材料，利用第二相強化機制，將SiC、SiO₂、AlN、B₄C、碳納米管和石墨烯中的一種或多種，這些增強顆粒以梯度分布在鎂基合金中，并通過控制增強顆粒的添加量，保證了其良好的微觀結構連續性和較高的界面結合強度，即以顆粒增強與層狀梯度結構相結合的方式，提高了鎂基合金的硬度和抗腐蝕性能。

技術領域

本發明涉及梯度金屬基復合材料技術領域，尤其涉及一種顆粒增強的層狀梯度結構鎂基合金復合材料及其制備方法。

背景技術

鎂合金具有很高的比強度、良好的鑄造成型性、優越的阻尼吸震降噪性能以及電阻屏蔽性能等諸多優點，但是由于其硬度和抗腐蝕性能較差，在一定程度上限制了其使用的范圍。為了提高鎂合金的應用范圍，以及減少相關能源的消耗，有必要提高鎂合金的綜合力學性能和抗腐蝕性能。

研究學者們發現，梯度結構組織對于材料來說，可以具有某些優異的性能。目前，常見梯度金屬復合材料的制備方法有：機械研磨SMAT、超聲滾壓USRP、熱壓燒結和粉末冶金PM等。但是，這些制備方法對于通過在金屬基體中添加SiC、SiO₂、AlN、B₄C、碳納米管以及石墨烯等陶瓷顆粒增強相來說，由于潤濕性、膨脹系數和熔點等差異，很難將陶瓷相與金屬基體緊密結合起來，容易出現組織致密性顯著降低、材料硬脆性增加，以及材料易開裂等問題，極大地限制了鎂合金的應用范圍。因此，如何將梯度結構與陶瓷顆粒增強相良好結合起來用于提高鎂合金的硬度和抗腐蝕性成為目前亟須解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種層狀梯度結構顆粒增強鎂基合金復合材料及其制備方法，本發明提供的層狀梯度結構顆粒增強鎂基合金復合材料，組織致密，且具有較高的硬度與良好的抗腐蝕性能。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種層狀梯度結構顆粒增強鎂基合金復合材料，包括鎂基合金和分布于所述鎂基合金中的增強顆粒；所述增強顆粒由鎂基合金的中間向兩側呈雙向連續層狀梯度分布，且所述增強顆粒的含量由中間向兩側逐層遞增；所述增強顆粒為SiC、SiO₂、AlN、B₄C、碳納米管和石墨烯中的一種或多種；

按質量百分比計，所述增強顆粒的總質量不超過層狀梯度結構顆粒增強鎂基合金復合材料質量的20％；每層增強顆粒的質量不超過層狀梯度結構顆粒增強鎂基合金復合材料質量的5％。

優選地，按質量百分數計，所述鎂基合金的組分包括2～8％的Al，1～10％的Sn和余量Mg。

優選地，所述增強顆粒的層數≥6。

優選地，所述增強顆粒的層數為8時，按質量百分比計，所述層狀梯度結構顆粒增強鎂基合金復合材料中增強顆粒的含量由中間層向外層依次獨立地為：0～0.5％，0.5～2.0％，2.0～3.5％和3.5～5％。

本發明還提供了上述技術方案所述的層狀梯度結構顆粒增強鎂基合金復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將層狀梯度結構顆粒增強鎂基合金復合材料的各層原料按照所述層狀梯度結構進行逐層平整填鋪，然后壓制，得到預制坯料；

(2)將所述步驟(1)得到的預制坯料依次進行加壓放電等離子燒結和熱軋，得到層狀梯度結構顆粒增強鎂基合金復合材料。

優選地，所述步驟(1)中壓制的壓力為5～10MPa，壓制的保壓時間為6～10min。

優選地，所述步驟(2)中加壓放電等離子燒結的壓力為40～50MPa。