一种原位合成Mg2Si/Al复合材料制造技术

一种原位合成Mg2Si/Al复合材料，通过搅拌铸造法制备了Mg2Si/Al原位复合材料，Mg2Si在复合材料中呈白色树枝状，增强颗粒细小．均匀分布在基体中，增强相与基体的界面清洁，无污染；Si和Mg完全反应生成了Mg2Si，少量Mg还和Al反应生成了Mgl7All2，微量Mg以固溶体形式存在于复合材料中。Mg2Si/Al复合材料的显微硬度、耐磨性和阻尼性均得到了显著提高，其中Mg2Si含量为10％时，该复合材料相对纯铝的显微硬度提高了1.71倍，耐磨性提高了2.42倍，阻尼性提高了9.85倍。

【技术实现步骤摘要】
一种原位合成Mg2Si/Al复合材料
本专利技术涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种原位合成Mg2Si/Al复合材料。
技术介绍
颗粒增强铝基复合材料具有比强度高、比刚度高、高温性能好、阻尼性能好、热膨胀系数低等优越性能，因此备受关注。铝基复合材料的制备方法分为两类:外加法和原位自生法。原位自生的铝基复合材料，增强相与基体的相容性较好，界面干净、无污染、粒子相对细小，并解决了外加法难以解决的夹杂物，界面反应及颗粒与基体之间润湿性等问题。因而受到更多的青睐。Mg2Si具有高熔点、高硬度、低密度、低热膨胀系数和高的弹性模量等，很适合作为铝基复合材料的增强体。采用液态熔融法可制备Mg2Si/Al增强共晶Al-Si合金自生复合材料。表明在液相线附近，浇注温度为720℃时，晶粒均匀细小；Pr变质剂对初生硅及共晶组织均有明显的细化效果，并细化Mg2Si、改变其形貌与尺寸，可提高合金的力学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善铝基复合材料的耐磨性，设计了一种原位合成Mg2Si/Al复合材料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：原位合成Mg2Si/Al复合材料的制备原料包括：基体为工业纯铝，增强体为硅粉(75μm)和AZ31D镁合金在高温下反应生成Mg2Si。原位合成Mg2Si/Al复合材料的制备步骤为：先将电阻炉升温到720℃，把铝锭放入坩埚中；将铝液过热到870℃，加入经200℃预处理2h的硅粉：5min后．加入AZ31D镁合金．采用自制的三叶搅拌器搅拌，让Si和Mg充分反应；搅拌10min后，浇铸成型。原位合成Mg2Si/Al复合材料的检测步骤为：采用D8-ADVANCE型X射线衍射仪进行复合材料的物相分析；用JSM-6360LA型扫描电镜观察复合材料显微组织中增强颗粒的大小、形貌和分布。将通过搅拌铸造制备的Mg2Si/Al原位复合材料在线切割机上分别加工成10mmX10mmX15mm、7mmX7mmX30mm、40mmX5mmX1mm的试样，用砂纸将表面打磨光滑。分别采用XHV-1000型自动转塔数显显微硬度计、M-2000型摩擦磨损实验机、TPA-8型精密扭摆力学谱仪测试复合材料的显微硬度。为确保数据的准确性，在每个试样上选取四个不同的点进行硬度测试，取平均值。耐磨性实验力为400N，转速为180r/min。实验前将试样清洁、干燥后，采用SHIMA-DZUAUY220型电子天平称量，再放入实验机上磨损5min后清洁、干燥称量。反复4次。阻尼性实验温度为30.8℃，设定频率为1.000Hz。本专利技术的有益效果是：通过机械搅拌铸造法制备了Mg2Si/Al原位复合材料，Mg2Si在复合材料中呈白色树枝状，增强颗粒细小．均匀分布在基体中，增强相与基体的界面清洁，无污染；Si和Mg完全反应生成了Mg2Si，少量Mg还和Al反应生成了Mgl7All2，微量Mg以固溶体形式存在于复合材料中。Mg2Si/Al复合材料的显微硬度、耐磨性和阻尼性均得到提高，其中Mg2Si含量为lO%时，该复合材料相对纯铝的显微硬度提高了1.71倍，耐磨性提高了2.42倍，内耗值提高了9.85倍。具体实施方式实施案例1：原位合成Mg2Si/Al复合材料的制备原料包括：基体为工业纯铝，增强体为硅粉(75μm)和AZ31D镁合金在高温下反应生成Mg2Si。原位合成Mg2Si/Al复合材料的制备步骤为：先将电阻炉升温到720℃，把铝锭放入坩埚中；将铝液过热到870℃，加入经200℃预处理2h的硅粉：5min后．加入AZ31D镁合金．采用自制的三叶搅拌器搅拌，让Si和Mg充分反应；搅拌10min后，浇铸成型。原位合成Mg2Si/Al复合材料的检测步骤为：采用D8-ADVANCE型X射线衍射仪进行复合材料的物相分析；用JSM-6360LA型扫描电镜观察复合材料显微组织中增强颗粒的大小、形貌和分布。将通过搅拌铸造制备的Mg2Si/Al原位复合材料在线切割机上分别加工成10mmX10mmX15mm、7mmX7mmX30mm、40mmX5mmX1mm的试样，用砂纸将表面打磨光滑。分别采用XHV-1000型自动转塔数显显微硬度计、M-2000型摩擦磨损实验机、TPA-8型精密扭摆力学谱仪测试复合材料的显微硬度。为确保数据的准确性，在每个试样上选取四个不同的点进行硬度测试，取平均值。耐磨性实验力为400N，转速为180r/min。实验前将试样清洁、干燥后，采用SHIMA-DZUAUY220型电子天平称量，再放入实验机上磨损5min后清洁、干燥称量。反复4次。阻尼性实验温度为30.8℃，设定频率为1.000Hz。实施案例2：通过搅拌铸造法制备的Mg2Si/Al原位复合材料硬度得到显著的提高，其中，Mg2Si含量为10%最高增强了1.71倍。随Mg2Si含量增加，该复合材料的显微硬度也在增加。这是因为，金属间化合物Mg2Si具有高的硬度，均匀的分布在铝基体中，高硬度的增强体对基体起到明显的增强作用。另外，增强颗粒在复合材料的凝固时充当形核剂．晶粒得到细化，有效增强了该复合材料的硬度。该复合材料中的第二相会与基体产生界面。伴随大量位错产生，能提高该复合材料的显微硬度。实施案例3：Mg2Si/Al原位复合材料的耐磨性得到了显著地提高。其中Mg2Si含量为10％时，该复合材料相对纯铝的耐磨性提高了2.42倍。这是因为，通过原位反应生成了具有高强度和耐磨性的Mg2Si，均匀的分布在复合材料中，一方面形成了位错钉扎效应，使复合材料在剪切力的作用下的变形受到约束，阻止了滑移的进行；另一方面，Mg2Si的生成在复合材料的凝固过程中充当了形核剂。能有效细化晶粒，提高材料性能。随着时间的增加，Mg2Si/Al原位复合材料在摩擦磨损过程中的失重量也增加，但在每个阶段复合材料的失重量都不是成线性关系的。通过失重量的斜率可看出，在磨损的5-10min时，材料的磨损速度相对较小。10min后磨损的速度逐渐增大。这是因为，在10min中前，Mg2Si/Al复合材料的实验试样的摩擦磨损处于磨合阶段，此时的实验试样与磨损机的接触面积较小．在剪切力的作用下，复合材料的表面发生塑形流动，高的凸点被磨去，试样的表面磨的平滑。由于试样表面有牢固的氧化膜，一定程度上阻碍了磨损的进行：且此时的Mg2Si金属间化合物与铝基体结合在一起。有效的阻止了磨损的进行，使得磨损量较少。10min后，随磨损的进行，接触面积增大，复合材料的磨损速率增大。但从摩擦磨损的失重量一时间图的斜率上看，磨损速率基本稳定。由于试样的表面因塑形变形而发生加工硬化，使耐磨性提高；且Mg2Si与铝基体完全结合在一起，未发生脱落的现象，因此，磨损速率保持在一个稳定的范围。实施案例4：摩擦磨损实验中，由于A1为面心立方结构，塑性大，耐磨性较差，纯铝的磨屑呈带状剥落。含5%Mg2Si的复合材料磨屑呈片状，可看出，磨损后的表面为撕裂状，有很少犁沟现象，磨损量很大。这是因为，由于Mg2Si含量很少，对该复合材料的增强作用不够大，在剪切力的作用下，增强相与基体一起剥落，从而形成空穴与撕裂纹，此时的磨损机制主要以剥离磨损为主并辅以轻微的磨粒磨损。随着增强颗粒含量的增强，复合材料的耐磨性增强，在含8%Mg2Si的复合材料中。其磨屑呈较小的片状或较大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位合成Mg2Si/Al复合材料，制备原料包括：基体为工业纯铝，增强体为硅粉(75μm)和AZ31D镁合金在高温下反应生成Mg2Si。

【技术特征摘要】
1.一种原位合成Mg2Si/Al复合材料，制备原料包括：基体为工业纯铝，增强体为硅粉(75μm)和AZ31D镁合金在高温下反应生成Mg2Si。2.根据权利要求1所述的原位合成Mg2Si/Al复合材料，其特征是原位合成Mg2Si/Al复合材料的制备步骤为：先将电阻炉升温到720℃，把铝锭放入坩埚中；将铝液过热到870℃，加入经200℃预处理2h的硅粉：5min后．加入AZ31D镁合金．采用自制的三叶搅拌器搅拌，让Si和Mg充分反应；搅拌10min后，浇铸成型。3.根据权利要求1所述的原位合成Mg2Si/Al复合材料，其特征是原位合成Mg2Si/Al复合材料的检测步骤为：采用D8-ADVANCE型X射线衍射仪进行复合材料的物相分析；用JSM-6360LA型扫描电镜观察复合材料显微组织中增强颗粒的大小、形貌和分布；将通过搅拌铸造制备的Mg2Si/Al原位复合材料在线切割机上分别加工成10mmX10mmX15mm、7mmX7mmX30mm、40mmX5mmX1mm的试样，用砂纸将表面打磨光滑；分别采用XHV-1000型自动...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳，
申请(专利权)人：刘芳，
类型：发明
国别省市：辽宁,21