一种层状结构镁合金复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于合金材料领域，具体涉及一种层状结构镁合金复合材料及其制备方法。该复合材料包括至少两个层状组元，各层之间通过镶嵌铸造冶金结合在一起，过渡层为由至少3种不同结构的亚层构成，条状析出物分散层，无析出层和颗粒状析出物分散层。本发明专利技术的复合结构镁合金板，使用高强稀土镁合金作为中间层整体承力，使用塑性更好的常规镁合金作为包覆材料提高复合材料整体的塑形，可以克服常规镁合金作为结构材料使用存在的强度等劣势，而充分利用稀土镁合金的力学等性能优势，在满足结构材料轻质高强需求的同时相比全部采用稀土镁合金大幅节约成本。本发明专利技术的复合结构镁合金板可以广泛应用于轻量化结构件领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合金材料领域，具体涉及一种层状结构镁合金复合材料及其制备方法。
技术介绍
Mg/Mg层状复合材料是利用复合技术使两种相同或者不同的镁合金金属层牢固结合在一起，组元为层状分布的一种复合材料，相同镁合金之间的复合，主要是利用热压扩散或者其他大变形手段细化镁合金的晶粒尺寸，提高镁合金的力学性能。不同镁合金之间的复合，主要是利用物理、化学、力学性质不同的镁合金在性能上取长补短，产生协同效应，使得复合材料的整体性能优于组元材料。由于综合性能优异，近年来Mg/Mg层状复合材料越来越受到国内外科学家的高度重视，有望在国防军工、航空航天、汽车、电子等领域获得应用。一个重要的潜在应用实例是作为装甲防弹材料使用。在能源紧张武器系统减重迫切需求的大背景下，目前AZ31B-H24和ZK60等常规镁合金装甲板已分别替代5083-H131和时效态7075铝合金装甲板，但常规镁合金装甲板强度低、抗蠕变性能差等缺点极大限制了其作为装甲材料轻量化展现的优势。稀土镁合金，如Mg-Gd-Y-Zr等，优异的室温高温强度、高的抗蠕变性能、良好的耐热和耐蚀性能使其成为替代常规镁合金作为装甲防弹材料的首选。然而，稀土镁合金生产成本高、塑性差、难变形等问题比较突出。借用现已获得应用的Al/Al层状复合装甲板的设计理念。使用高强稀土镁合金作为中间层满足抗弹侵彻要求，使用塑性更好的常规镁合金作为稀土镁合金两边的背层满足抗崩落要求，利用复合技术制备常规镁合金/稀土镁合金装甲板可以克服常规镁合金作为装甲材料使用存在的强度等劣势，而充分利用稀土镁合金的力学等性能优势，在满足武器构件轻质高强需求的同时相比全部采用稀土镁合金大幅节约成本。因此，开展常规镁合金/稀土镁合金层状复合材料研究具有非常重要的工程意义。
技术实现思路
为解决上述技术问题,本专利技术提供层状结构镁合金复合材料,具有强度高、耐热性能好等特点。一种层状结构镁合金复合材料，其特征在于，包括：第一复合组元、第二复合组元以及第一复合组元和第二复合组元之间的界面结合层，所述第一复合组元为稀土镁合金材料，第二复合组元为变形系镁合金材料；所述界面结合层包括：条状析出物分散层、无析出层和颗粒状析出物分散层。所述变形系镁合金的延伸率大于等于10％；所述稀土镁合金的常温抗拉强度大于等于220MPa，125℃抗拉强度为175MPa以上。所述变形系镁合金的其他合金元素Al、Zn、Mn、Li等不超过重量10％。所述界面结合层的厚度为：25～500um.变形系镁合金界面结合质量的力学性能方面指标：1其垂直界面层的抗拉强度大于相同条件下变形镁合金的抗拉强度，剪切强度远超变形镁合金，能达到稀土镁合金的剪切强度的85％以上。所述变形系镁合金包括Mg-Al系，Mg-Zn-系，Mg-Mn系等。所述稀土镁合金包括Mg-Al-RE系，Mg-Zn系、Mg-RE系等。本专利技术根据层状结构复合镁合金板结构件服役条件，参考金属手册结合具体相图计算模拟和DSC数据，确定高强稀镁合金和变形镁合金的具体成分牌号及复合材料的制备工艺包括以下步骤：第一步：将机加工得到的中间层稀土镁合金经车削打磨得到理想的表面粗糙度；第二步：对预制的中间层稀土镁合金表面进行化学清洗，去除表面的油污及氧化物；第三步：采用井式电阻炉在低碳钢坩埚中熔炼变形系镁合金覆层金属，期间需要六氟化硫和二氧化碳混合气体保护；第四步：将稀土镁合金中间层在氩气氛保护下，预热到380-420℃保温10-20min；。第五步：在镁合金熔体中插入先前处理好的稀土镁合金中间层，覆层镁合金熔体温度稳定在610～690℃；第六步：芯材在覆层金属中保温1min～3min后，取出空冷至覆层金属凝固后水冷至室温。从而得到界面平直，覆层金属和中间层金属尺寸和厚度稳定的层状结构镁合金复合材料。本专利技术的复合结构镁合金板，使用高强稀土镁合金作为中间层整体承力，使用塑性更好的常规镁合金作为包覆材料提高复合材料整体的塑形，可以克服常规镁合金作为结构材料使用存在的强度等劣势，而充分利用稀土镁合金的力学等性能优势，在满足结构材料轻质高强需求的同时相比全部采用稀土镁合金大幅节约成本。本专利技术的复合结构镁合金板可以广泛应用于轻量化结构件领域。变形系镁合金的延伸率大于等于10％；所述稀土镁合金的常温抗拉强度大于等于220MPa，125℃抗拉强度为175MPa以上。垂直界面层的抗拉强度大于相同条件下变形镁合金的抗拉强度，剪切强度远超变形镁合金，能达到稀土镁合金的剪切强度的85％以上。提供的制备方法简单易行，可适用于大规模工业化生产。附图说明图1是本专利技术实施例1所制备层状结构镁合金复合材料的光学显微组织照片图2是本专利技术实施例1所制备层状结构镁合金复合材料的SEM显微组织照片；图3是本专利技术实施例1层状结构镁合金复合材料界面剪切性能.具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明。实施例1三明治层状结构AZ31-1RE/WNG421/AZ31-1RE镁合金复合材料的制备。中间层为稀土镁合金WNG421的组分及百分比为：4.1％Y，2.5％Nd，0.5％Zr，1.1％Gd，余量为Mg和不可避免的杂质，其中杂质元素Si、Fe、Cu和Ni总量小于0.15％。稀土总含量为8.2％。覆层金属为微合金化的变形系Mg-Al-Zn系变形镁合金AZ31-1RE的组分及百分比为：3.4％Al，0.9％Zn，余量为Mg和不可避免的杂质Si、Cu、Ca、Fe、Ni小于0.2％。稀土含量不小于1.0％，其中混合稀土主要成分为Y，其成分列表为79.75％Y，11.22％Ho，6.30％Dy，1.45％Er，其余为其他稀土元素。层状结构镁合金复合板制备方法，包括以下步骤：第一步：将机加工得到的中间层WNG421稀土镁合金经车削打磨得到理想的表面粗糙度；第二步：对预制的中间层WNG421稀土镁合金表面进行化学清洗，去除表面的油污及氧化物；第三步：采用井式电阻炉在低碳钢坩埚中熔炼变形系AZ31-1RE镁合金覆层金属，期间需要六氟化硫和二氧化碳混合气体保护；第四步：将WNG421稀土镁合金中间层在氩气氛保护下，预热到400℃保温15min。第五步：在AZ31-1RE镁合金熔体中插入先前处理好的WNG421稀土镁合金中间层，覆层镁合金熔体温度稳定在610～690℃；第六步：中间层在覆层金属中保温1min～3min后，取出空冷至覆层金属凝固后水冷至室温。从而得到界面平直，覆层金属和中间层金属尺寸和厚度稳定的层状结构AZ31-1RE/WNG421镁合金复合材料。实施例2三明治层状结构ZE61K/WNG421/ZE61K镁合金复合材料制备方法。中间层为稀土镁合金WNG421的组分及百分比为：4.1％Y，2.5％Nd，0.5％Zr，1.1％Gd，余量为Mg和不可避免的杂质，其中杂质元素Si、Fe、Cu和Ni总量小于0.15％。稀土总含量为8.2％。覆层为微合金化的Mg-Zn系镁合金ZE61K(Mg-5Zn-1RE-Zr)其组分及百分比为：5％，5.5％Zn，0.6％Zr，1.1％(Y、Gd)，余量为Mg和不可避免的杂质，其中杂质元素Si、Fe、Cu和Ni总量小于0.15％。稀土总含量为1.1％。层状结构镁合金复合板制备方法，包括以下步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层状结构镁合金复合材料，其特征在于，包括：第一复合组元、第二复合组元以及第一复合组元和第二复合组元之间的界面结合层，所述第一复合组元为稀土镁合金材料，第二复合组元为变形系镁合金材料；所述界面结合层包括：条状析出物分散层、无析出层和颗粒状析出物分散层。

【技术特征摘要】
1.一种层状结构镁合金复合材料，其特征在于，包括：第一复合组元、第二复合组元以及第一复合组元和第二复合组元之间的界面结合层，所述第一复合组元为稀土镁合金材料，第二复合组元为变形系镁合金材料；所述界面结合层包括：条状析出物分散层、无析出层和颗粒状析出物分散层。2.根据权利要求1所述的层状结构镁合金复合材料，其特征在于，所述变形系镁合金的延伸率大于等于10％；所述稀土镁合金的常温抗拉强度大于等于220MPa，125℃抗拉强度为175MPa以上。3.根据权利要求1所述的层状结构镁合金复合材料，其特征在于，所述变形系镁合金的其他合金元素Al、Zn、Mn、Li不超过重量10％。4.根据权利要求1所述的层状结构镁合金复合材料，其特征在于，所述界面结合层的厚度为：25～500um。5.根据权利要求1或2所述的层状结构镁合金复合材料，其特征在于，所述变形系镁合金包括Mg-Al系，Mg-Zn系，Mg-Mn系。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏祥，赵康宁，张济山，庄林忠，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11