一种新型镁合金复合材料的制备方法技术

本发明专利技术设计了一种新型镁合金复合材料的制备方法，其特征是：新型镁合金复合材料由铝、锌、锰、钕、铈、镁按比例混合，在镁合金熔体中加入镍包覆纳米SiC颗粒，同时施加电磁场，电磁模拟微重力使镍包覆纳米SiC颗粒在熔体中均匀分散，浇铸后对铸锭施加电场细化晶粒，最后对新型镁合金复合材料进行等径角挤压变形。该新型镁合金复合材料中钕元素具有弥散强化作用，形成金属化合物可阻止晶界滑移；铈元素可改善合金组织，细化晶粒；微重力场使镍包覆纳米SiC颗粒在熔体中分散均匀；电场可增加熔体的过冷度，降低形核势垒，使得晶粒细化；等径角挤压变形可以进一步细化晶粒，提高复合材料的综合力学性能。

Method for preparing novel magnesium alloy composite material

The invention provides a novel preparation method of magnesium alloy composite material, which is characterized in that the new magnesium alloy composite material made of aluminum, zinc, manganese, cerium, neodymium, magnesium by mixture of nickel coated nano SiC particles added in magnesium alloy melt, and an electromagnetic field, electromagnetic simulated microgravity and the nickel dispersion in the melt coated SiC nanoparticles, applied electric field on grain refinement after casting ingot, the new magnesium alloy composite material by ecap. This new type of neodymium magnesium alloy composite material has a dispersion strengthening effect, can prevent the formation of grain boundary sliding metal compounds; cerium can improve the microstructure, grain refinement; microgravity nickel coated SiC nanoparticles dispersed in the melt; the electric field can increase the melt undercooling, reduce the nucleation barrier, which makes the grain refinement; ECAP can further refine grain and improve the mechanical properties of composite material.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料领域，具体是一种新型镁合金复合材料的制备方法。
技术介绍
镁合金具有比模量和比强度高、减震且易于成型加工等优良性能，广泛应用于汽车、电子、航空航天等领域，是一种极具潜力的工程材料。然而镁合金耐蚀和耐磨性能差、硬度低，限制了镁合金的使用范围，因此，研制耐蚀和耐磨性能强、硬度高的新型镁合金复合材料已成为镁合金的重要发展方向。镁合金复合材料在铸造成型加工过程中离不开搅拌，传统的机械搅拌不仅难以使增强相分布均匀，而且还会造成表面质量差、皮下气孔严重、成分偏析大等不足。利用电磁模拟微重力环境，可以使镁合金复合材料熔体处于准失重状态，从而使增强体颗粒在熔体中分布均匀。此外，浇铸后对铸锭施加电场，可起到细化晶粒的作用。纳米SiC颗粒目前广泛应用于铝合金等金属基复合材料中最为增强体，提高了金属基体材料的性能。将纳米SiC颗粒添加到镁合金中，能提高镁合金的力学性能和耐磨性能，但是纳米SiC颗粒在镁合金中的应用较少，主要原因是镁较为活泼，纳米SiC颗粒与镁会发生界面反应，导致颗粒增强效果减弱。此外，传统加工镁合金存在强度偏低、延展性小、耐磨性能差，疲劳寿命短等缺陷。
技术实现思路
为克服上述缺陷，本专利技术设计了一种新型镁合金复合材料的制备方法，专利技术主要解决传统镁合金耐磨性能差，硬度低，强韧性差的问题。一种新型镁合金复合材料，其中化学成分及质量分数为：铝：12-15wt.%、锌：2-4wt.%、锰：1-3wt.%、钕：0.5-1.0wt.%、铈：0.5-1.0wt.%、镍包覆纳米SiC颗粒：4.0-5.0wt.%，余量为镁；所述镍包覆纳米SiC颗粒直径为50-70nm。为实现上述目的，本专利技术还提出了一种新型镁合金复合材料的制备方法，步骤如下：将铝、锌、锰、钕、铈、镁按比例混合，经熔融后得镁合金熔体，在镁合金熔体中加入镍包覆纳米SiC颗粒，同时施加电磁场，电磁模拟微重力使镍包覆纳米SiC颗粒在熔体中均匀分散，浇铸后对铸锭施加电场细化晶粒，最后对新型镁合金复合材料进行等径角挤压变形。所述铝、锌、锰、钕、铈、镁、镍包覆纳米SiC颗粒的用量比例为：铝：12-15wt.%、锌：2-4wt.%、锰：1-3wt.%、钕：0.5-1.0wt.%、铈：0.5-1.0wt.%、镍包覆纳米SiC颗粒：4.0-5.0wt.%，余量为镁。所述电磁场的磁感应强度为0.6-0.8T，励磁电流为40-60A。所述浇注温度为840-920℃。所述电场的电流密度为1500-3000A/cm2，频率为1200-2500Hz，脉冲宽度为40-80μs。所述等径角挤压模具内角Φ=120°-140°，挤压前镁合金复合材料铸锭加热至150-250℃。电磁模拟微重力场的作用机制:普通条件下，纳米SiC颗粒在镁合金熔体中会发生偏聚现象，降低颗粒增强效果。镁合金熔体在电磁场中会产生电磁容积力，作用于熔体的单元体上，对重力有抵消的效果。纳米SiC颗粒作为弥散粒子分布在基体中，经金属包覆后，可受电磁场作用，并改善界面结合质量。通过调整磁感应强度和电流密度，使SiC颗粒和基体的电磁容积力相等，从而使熔体整体处于微重力状态，实现纳米SiC颗粒的均匀分布。本专利技术的有益效果：采用本专利技术制备的镁合金复合材料，在镁合金中添加镍包覆纳米SiC颗粒，使用电磁场+电场+等径角挤压变形加工方法制备新型镁合金复合材料。该新型镁合金复合材料中钕元素具有弥散强化作用，形成金属化合物可阻止晶界滑移；铈元素可改善合金组织，细化晶粒；电磁模拟微重力场可使镍包覆纳米SiC颗粒在熔体中分散均匀；电场可增加熔体的过冷度，降低形核势垒，使得晶粒细化；等径角挤压变形可以进一步细化晶粒，提高复合材料的综合力学性能。具体实施方式结合实施例进一步说明本专利技术。实施例1新型镁合金复合材料的化学成分为，铝：12.0%、锌：2.1%、锰：1.2%、钕：0.5%、铈：0.5%、余量为镁。在熔融的镁合金材料中加入直径为55nm镍包覆纳米SiC颗粒，添加量为4.0wt.%，加入电磁场的磁感应强度为0.6T，励磁电流为40A。浇铸后对铸锭施加电场细化晶粒，浇注温度840℃，电场的电流密度为1600A/cm2，频率为1200Hz，脉冲宽度为45μs。然后对新型镁合金复合材料进行等径角挤压变形，等径角挤压模具内角Φ=120°。结果表明：与传统方法铸造的镁合金相比，新型镁合金复合材料的抗拉强度达到285MPa，屈服强度达到97MPa，伸长率达到12%，布氏硬度达到92，磨损量为0.36%。实施例2新型镁合金复合材料的化学成分为，铝：13.0%、锌：2.4%、锰：1.5%、钕：0.6%、铈：0.7%、余量为镁。在熔融的镁合金材料中加入直径为60nm的镍包覆纳米SiC颗粒，添加量为4.5wt.%，加入电磁场的磁感应强度为0.7T，励磁电流为43A。浇铸后对铸锭施加电场细化晶粒，浇注温度870℃，电场的电流密度为1800A/cm2，频率为1600Hz，脉冲宽度为50μs。然后对新型镁合金复合材料进行等径角挤压变形，等径角挤压模具内角Φ=130°。结果表明：与传统方法铸造的镁合金相比，新型镁合金复合材料抗拉强度达到291MPa，屈服强度达到104MPa，伸长率达到13%，布氏硬度达到95，磨损量为0.30%。实施例3新型镁合金复合材料的化学成分为，铝：14.0%、锌：3.3%、锰：2.0%、钕：0.7%、铈：0.7%、余量为镁。在熔融的镁合金材料中加入直径为65nm的镍包覆纳米SiC颗粒，添加量为4.5wt.%，加入电磁场的磁感应强度为0.75T，励磁电流为52A。浇铸后对铸锭施加电场细化晶粒，浇注温度900℃，电场的电流密度为2200A/cm2，频率为1300Hz，脉冲宽度为64μs。然后对新型镁合金复合材料进行等径角挤压，等径角挤压模具内角Φ=135°。结果表明：与传统方法铸造的镁合金相比，新型镁合金复合材料抗拉强度达到304MPa，屈服强度达到112MPa，伸长率达到15%，布氏硬度达到103，磨损量为0.28%。实施例4新型镁合金复合材料的化学成分为，铝：14.0%、锌：3.5%、锰：2.4%、钕：0.9%、铈：0.8%、余量为镁。在熔融的镁合金材料中加入直径为62nm的镍包覆纳米SiC颗粒，添加量为5.0wt.%，加入电磁场的磁感应强度为0.8T，励磁电流为58A。浇铸后对铸锭施加电场细化晶粒，浇注温度900℃，电场的电流密度为2500A/cm2，频率为2400Hz，脉冲宽度为70μs。然后对新型镁合金复合材料进行等径角挤压变形，等径角挤压模具内角Φ=130°。结果表明：与传统方法铸造的镁合金相比，新型镁合金复合材料的抗拉强度达到310MPa，屈服强度达到119MPa，伸长率达到15%，布氏硬度达到108，磨损量为0.24%。实施例5新型镁合金复合材料的化学成分为，铝：15.0%、锌：3.8%、锰：2.8%、钕：1.0%、铈：1.0%、余量为镁。在熔融的镁合金材料中加入直径为59nm镍包覆纳米SiC颗粒，添加量为5.0wt.%，加入电磁场的磁感应强度为0.6T，励磁电流为45A。浇铸后对铸锭施加电场细化晶粒，浇注温度920℃，电场的电流密度为2800A/cm2，频率为1900Hz，脉冲宽度为57μs。然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型镁合金复合材料，其特征是，所述新型镁合金复合材料中化学成分及质量分数为：铝：12‑15 wt.%、锌：2‑4 wt.%、锰：1‑3 wt.%、钕：0.5‑1.0 wt.%、铈：0.5‑1.0 wt.%、镍包覆纳米SiC颗粒：4.0‑5.0 wt. %，余量为镁。

【技术特征摘要】
1.一种新型镁合金复合材料，其特征是，所述新型镁合金复合材料中化学成分及质量分数为：铝：12-15wt.%、锌：2-4wt.%、锰：1-3wt.%、钕：0.5-1.0wt.%、铈：0.5-1.0wt.%、镍包覆纳米SiC颗粒：4.0-5.0wt.%，余量为镁。2.根据权利要求1所述的一种新型镁合金复合材料，其特征是，所述镍包覆纳米SiC颗粒直径为50-70nm。3.一种新型镁合金复合材料的制备方法，其特征是：步骤如下：将铝、锌、锰、钕、铈、镁按比例混合，经熔融后得镁合金熔体，在镁合金熔体中加入镍包覆纳米SiC颗粒，同时施加电磁场，电磁模拟微重力使镍包覆纳米SiC颗粒在熔体中均匀分散，浇铸后对铸锭施加电场细化晶粒，最后对新型镁合金复合材料进行等径角挤压变形。4.根据权利要求3所述的一种新型镁合金复合材料的制备方法，其特征是，所述铝、锌、锰、钕、铈、镁、镍包覆纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏坤霞，杨书戈，魏伟，耿桂宏，杜庆柏，胡静，
申请(专利权)人：常州大学，北方民族大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32