[發(fā)明專(zhuān)利]混合增強(qiáng)相的鎂基復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210837901.0
• 申請(qǐng)日: 2022-07-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115058707B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫中剛;薛夢(mèng)涵;戴國(guó)慶;郭艷華;馮亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23C24/08
• 分類(lèi)號(hào): C23C24/08;C22F1/06
• 代理公司: 南京行高知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32404
• 代理人: 王培松

本發(fā)明提供一種混合增強(qiáng)相的鎂基復(fù)合材料及其制備方法，采用攪拌摩擦處理的同時(shí)，在攪拌頭的周?chē)捷斎朐鰪?qiáng)相顆粒，通過(guò)攪拌摩擦處理將增強(qiáng)相顆粒和鎂合金基板在固態(tài)下發(fā)生均勻的機(jī)械混合，增強(qiáng)相顆粒均勻分布在基體中之后，再對(duì)其進(jìn)行多次攪拌摩擦處理，使復(fù)合體的晶粒細(xì)化，之后對(duì)晶粒細(xì)化的復(fù)合體進(jìn)行固溶處理，得到混合增強(qiáng)相的鎂基復(fù)合材料。本發(fā)明得到的鎂基復(fù)合材料，增強(qiáng)相分布均勻，從而使材料在各個(gè)方向的力學(xué)性能都能得到較一致的提升，材料表層組織超細(xì)化、致密化、均勻化，在保證韌性不變的情況下有效提高材料的強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鎂基復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種混合增強(qiáng)相的鎂基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，由于引入增強(qiáng)相顆粒的鎂基復(fù)合材料具有良好的耐磨耐蝕性以及較大的硬度和強(qiáng)度而展現(xiàn)出較大的發(fā)展?jié)摿Γ壳皞鹘y(tǒng)的鎂基復(fù)合材料的制備方法主要有攪拌鑄造法、熔體浸滲法、粉末冶金法、熱擠壓法以及噴射沉積法等方法。

攪拌鑄造法是在攪拌的作用下，把增強(qiáng)體引入基體熔體漩渦，使增強(qiáng)體充分彌散到基體熔體中。但是這種方法易形成氣孔，鑄造過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)如偏聚、孔洞等缺陷，材料易發(fā)生脆性斷裂，并且由于增強(qiáng)相顆粒較重，在基體熔體中易下沉，會(huì)造成增強(qiáng)相顆粒分布不均勻。

熔體浸滲法包括壓力浸滲、無(wú)壓浸滲和負(fù)壓浸滲，都是把金屬基體熔體倒入預(yù)先成型增強(qiáng)相胚體中，然后依靠一定的壓力、毛細(xì)滲透或者真空環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)壓來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬熔體的浸滲從而達(dá)到復(fù)合的目的。這種方法會(huì)出現(xiàn)基體與增強(qiáng)相顆粒之間潤(rùn)濕不完全，即增強(qiáng)相與基體不能很好地結(jié)合在一起。

粉末冶金法是把增強(qiáng)相和鎂基體粉末進(jìn)行機(jī)械混合后在模具中冷壓制成坯體，之后在真空狀態(tài)下加熱至固-液兩相區(qū)進(jìn)行熱壓燒結(jié)，最終成型。這種方法雖然可以減弱界面反應(yīng)，在一定程度上提高增強(qiáng)相在基體中的均勻度，但是較難控制，若增強(qiáng)相尺寸過(guò)小，則增強(qiáng)體易團(tuán)聚在大顆粒基體周?chē)纬深i縮，反而導(dǎo)致增強(qiáng)相分布不均勻，而且其工藝和設(shè)備復(fù)雜，成本較高，不利于大規(guī)模使用。

熱擠壓法是將鎂粉體材料和增強(qiáng)相經(jīng)過(guò)機(jī)械混合后，通過(guò)采用熱擠壓的方式制備復(fù)合材料。這種方法需控制壓力，容易造成一定的缺陷，當(dāng)壓力過(guò)小時(shí)，容易造成微空洞，當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，會(huì)發(fā)生纖維團(tuán)聚并破損，從而使材料的性能的降低。

噴射沉積法是將液態(tài)金屬在高壓惰性氣體噴射下霧化，形成熔融的金屬?lài)娚淞鳎瑫r(shí)將增強(qiáng)相顆粒噴入射流中，使固、液兩相混合并共同沉積到經(jīng)預(yù)處理的襯底上，快速凝固得到鎂基復(fù)合材料。利用這種方法制備的復(fù)合材料晶粒細(xì)小，增強(qiáng)相均勻度有一定的提高，但同時(shí)又存在孔隙率較高的問(wèn)題，空隙處產(chǎn)生的應(yīng)力集中將促進(jìn)微裂紋的發(fā)展，降低增強(qiáng)相與基體的界面性能，對(duì)材料的沖擊韌性和疲勞壽命也有不利影響。

上述幾種方法雖然都能使鎂合金性能得到一定程度的提高，但是仍然存在增強(qiáng)相顆粒分布不均勻、存在缺陷、材料孔隙率高、工藝復(fù)雜、成本較高等問(wèn)題，因而需要找到更好的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種混合增強(qiáng)相的鎂基復(fù)合材料的制備方法，該方法得到的鎂基復(fù)合材料，增強(qiáng)相分布均勻，從而使材料在各個(gè)方向的力學(xué)性能都能得到較一致的提升，材料表層組織超細(xì)化、致密化、均勻化，在保證韌性不變的情況下有效提高材料的強(qiáng)度。

根據(jù)本發(fā)明目的的第一方面，提供一種混合增強(qiáng)相的鎂基復(fù)合材料的制備方法，包括以下具體步驟：

S1、按照預(yù)設(shè)程序和參數(shù)，從鎂合金基板的一端開(kāi)始進(jìn)行攪拌摩擦處理，并采用同軸送粉的方式從攪拌頭輸入增強(qiáng)相顆粒，在攪拌摩擦處理的同時(shí)，同步將增強(qiáng)相顆粒送入鎂合金基板中，直至攪拌摩擦處理至鎂合金基板的另一端，得到第一復(fù)合體；

其中，通過(guò)攪拌摩擦處理使鎂合金基板的晶粒細(xì)化至第一晶粒尺寸區(qū)間，使增強(qiáng)相顆粒和鎂合金基板形成混合；

S2、對(duì)第一復(fù)合體進(jìn)行多次攪拌摩擦處理，得到第二復(fù)合體；