一种交频超声耦合热压浸渗多孔陶瓷增强镁基复合材料的制备方法技术

一种交频超声耦合热压浸渗多孔陶瓷增强镁基复合材料的制备方法，它涉及一种镁基复合材料的制备方法。本发明专利技术是要解决现有的陶瓷增强镁基复合材料塑性低、成形能力较差的技术问题。本发明专利技术：一、交频超声耦合热压快速成型制备多孔陶瓷包覆镁合金熔体的结合体；二、交频超声振动作用下的升温机械搅拌，交频超声耦合热压快速成型。本发明专利技术通过交频超声耦合热压快速成型，交频超声处理可以提高镁液浸渗能力，升温机械搅拌有利于扩散，提高组织均匀性，热压快速成型可以减少铸造缺陷，细化晶粒并改善第二相的分布，在交频超声耦合热压快速成型的作用下，可以使多孔陶瓷增强镁基复合材料强韧性得到显著提高。

Preparation of magnesium matrix composites reinforced by cross frequency ultrasound coupled with hot pressing infiltration

A preparation method of cross-frequency ultrasonic coupling hot-pressing infiltration porous ceramic reinforced magnesium matrix composite relates to a preparation method of magnesium matrix composite. The invention aims to solve the technical problems of low plasticity and poor formability of the existing ceramic reinforced magnesium matrix composites. The invention comprises the following steps: first, preparing the bond of porous ceramic coated magnesium alloy melt by cross-frequency ultrasonic coupling hot pressing rapid prototyping; second, heating mechanical stirring under cross-frequency ultrasonic vibration, and cross-frequency ultrasonic coupling hot pressing rapid prototyping. By cross-frequency ultrasonic coupling hot pressing rapid prototyping, cross-frequency ultrasonic treatment can improve the infiltration ability of magnesium solution, mechanical stirring at elevated temperature is conducive to diffusion, and improves microstructure uniformity. Hot pressing rapid prototyping can reduce casting defects, refine grains and improve the distribution of the second phase, and is used in cross-frequency ultrasonic coupling hot pressing rapid prototyping. The strength and toughness of porous ceramic reinforced magnesium matrix composites can be significantly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种交频超声耦合热压浸渗多孔陶瓷增强镁基复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种镁基复合材料的制备方法。
技术介绍
材料的轻量化是航空航天、电子通讯以及汽车工业的迅速发展的必然要求，镁合金作为最轻的工程材料，在轻量化应用上具备明显优势，但镁及其合金作为结构材料时，塑性较差且力学性能相对较低。在此背景下，镁基复合材料比强度高、阻尼减震性好、机械加工性能优越以及较低的成本优势，在一定程度上克服了镁合金的力学性能限制，得到了广泛关注。镁基复合材料制备过程中，增强相选择对于镁基复合材料的性能有着重要的影响。金属基复合材料的增强体包括纤维，晶须和陶瓷颗粒，但是纤维，晶须加工成本高，工艺复杂，不利于工业化和商业化生产，相对而言陶瓷颗粒具有高硬度、强度、弹性模量以及高温稳定性以及较低的密度是最常用的金属基复合材料增强相。但陶瓷颗粒也存在着延展性低、润湿性较低的缺点，从而导致陶瓷颗粒增强镁基复合材料塑性低，成形能力较差。针对以上问题，多孔陶瓷有着三维立体网络骨架结构，密度小(气孔率可高达50％～90％)，透过性高、比表面积大、低热传导率以及耐高温、耐腐蚀等优点，是一种理想的增强体材料，但目前对多孔陶瓷增强镁基复合材料并无相关报道，多孔陶瓷大的比表面积能改善与基体的润湿性，良好的润湿性能提高颗粒增强体与镁合金基体的结合程度，而适中的结合强度，良好的界面性能则能显著提高复合材料的性能。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的陶瓷增强镁基复合材料塑性低、成形能力较差的技术问题，而提供一种交频超声耦合热压浸渗多孔陶瓷增强镁基复合材料的制备方法。本专利技术的交频超声耦合热压浸渗多孔陶瓷增强镁基复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、制备多孔陶瓷包覆镁合金熔体的结合体：将多孔陶瓷粉加热至400℃～600℃，然后将液态镁合金浸入到400℃～600℃的多孔陶瓷粉中，再进行交频超声耦合热压快速成型，自然冷却至室温，得到多孔陶瓷包覆镁合金熔体的结合体；所述的400℃～600℃的多孔陶瓷粉与液态镁合金的质量比为1:(1.5～2)；所述的交频超声耦合热压快速成型的方法如下：在超声功率为600W～1800W、热压温度为300℃～480℃和压强为300MPa～500MPa的条件下同时进行第一级超声和热压成型6min～20min，然后在超声功率为500W～1200W、热压温度为300℃～480℃和压强为300MPa～500MPa的条件下同时进行第二级超声和热压成型3min～18min，且所述的第二级超声的功率小于第一级超声的功率；二、将步骤一得到的多孔陶瓷包覆镁合金熔体的结合体加热至300℃～400℃，然后加入到半固态的镁合金熔体中，进行交频超声振动作用下的升温机械搅拌，得到液态镁合金复合材料，随后进行交频超声耦合热压快速成型，得到多孔陶瓷增强镁基复合材料；所述的半固态的镁合金熔体的成分与步骤一中的液态镁合金的成分相同；所述的步骤一得到的多孔陶瓷包覆镁合金熔体的质量为半固态的镁合金熔体的质量的1％～30％；所述的交频超声振动作用下的升温机械搅拌的步骤如下：在超声功率为600W～1800W、温度为700℃～780℃和机械搅拌速率为500rpm～1700rpm的条件下同时进行第一级超声和高温机械搅拌10min～40min，然后在超声功率为800W～1200W、温度为700℃～780℃和机械搅拌速率为500rpm～1700rpm的条件下同时进行第二级超声和高温机械搅拌8min～15min，且所述的第二级超声的功率小于第一级超声的功率；所述的交频超声耦合热压快速成型的方法如下：在超声功率为600W～1800W、热压温度为300℃～460℃和压强为300MPa～500MPa的条件下同时进行第一级超声和热压成型3min～20min，然后在超声功率为400W～1200W、热压温度为300℃～460℃和压强为300MPa～500MPa的条件下同时进行第二级超声和热压成型5min～20min，且所述的第二级超声的功率小于第一级超声的功率。本专利技术通过交频超声耦合热压快速成型，交频超声处理可以提高镁液浸渗能力，升温机械搅拌有利于扩散，提高组织均匀性，热压快速成型可以减少铸造缺陷，细化晶粒并改善第二相的分布，在交频超声耦合热压快速成型的作用下，可以使多孔陶瓷增强镁基复合材料强韧性得到显著提高。本专利技术的有益效果：本专利技术中第一步制备多孔陶瓷包覆镁合金熔体结合体，将液态镁合金浸入到预热的多孔陶瓷粉中，再进行交频超声耦合热压，使镁合金熔体在交频超声空化效应和热压力的耦合作用下浸渗形成多孔陶瓷包覆镁合金熔体结合体，该方法制得的三维立体网络骨架结构的微孔陶瓷包覆镁合金熔体结合体具有良好的润湿性，可以显著提高与镁合金基体的结合程度，有效解决了外加陶瓷与镁润湿性差问题；第二步将第一步所得到结合体加入到半固态的镁熔体中，同步施加交频超声振动作用下的机械搅拌，并在镁熔体升温至液态中施加交频超声振动，随后置于模具中进行交频超声耦合热压快速成型，热压快速成型可以减少铸造缺陷，交频超声处理可以提高镁液浸渗能力有利于镁液扩散，提高组织均匀性细化晶粒并改善第二相的分布，在交频超声耦合热压快速成型的作用下，可以使多孔陶瓷增强镁基复合材料强韧性得到显著提高，抗拉强度达到为340MPa以上，屈服强度达到320Mpa以上，延伸率达到10％以上。附图说明图1是具体实施方式一中步骤一和步骤二中的交频超声耦合热压快速成型所用的装置的示意图；图2是具体实施方式一中步骤二中的交频超声振动作用下的升温机械搅拌所用的装置的示意图；图3是试验一制备的多孔陶瓷增强镁基复合材料的光学显微组织图；图4是试验七制备的多孔陶瓷增强镁基复合材料的光学显微组织图；图5是工程应力-工程应变曲线图；图6是工程应力-工程应变曲线图；图7是工程应力-工程应变曲线图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式为交频超声耦合热压浸渗多孔陶瓷增强镁基复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、制备多孔陶瓷包覆镁合金熔体的结合体：将多孔陶瓷粉加热至400℃～600℃，然后将液态镁合金浸入到400℃～600℃的多孔陶瓷粉中，再进行交频超声耦合热压快速成型，自然冷却至室温，得到多孔陶瓷包覆镁合金熔体的结合体；所述的400℃～600℃的多孔陶瓷粉与液态镁合金的质量比为1:(1.5～2)；所述的交频超声耦合热压快速成型的方法如下：在超声功率为600W～1800W、热压温度为300℃～480℃和压强为300MPa～500MPa的条件下同时进行第一级超声和热压成型6min～20min，然后在超声功率为500W～1200W、热压温度为300℃～480℃和压强为300MPa～500MPa的条件下同时进行第二级超声和热压成型3min～18min，且所述的第二级超声的功率小于第一级超声的功率；二、将步骤一得到的多孔陶瓷包覆镁合金熔体的结合体加热至300℃～400℃，然后加入到半固态的镁合金熔体中，进行交频超声振动作用下的升温机械搅拌，得到液态镁合金复合材料，随后进行交频超声耦合热压快速成型，得到多孔陶瓷增强镁基复合材料；所述的半固态的镁合金熔体的成分与步骤一中的液态镁合金的成分相同；所述的步骤一得到的多孔陶瓷包覆镁合金熔体的质量为半固态的镁合金熔体的质量的1％～30％；所述的交频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交频超声耦合热压浸渗多孔陶瓷增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于交频超声耦合热压浸渗多孔陶瓷增强镁基复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、制备多孔陶瓷包覆镁合金熔体的结合体：将多孔陶瓷粉加热至400℃～600℃，然后将液态镁合金浸入到400℃～600℃的多孔陶瓷粉中，再进行交频超声耦合热压快速成型，自然冷却至室温，得到多孔陶瓷包覆镁合金熔体的结合体；所述的400℃～600℃的多孔陶瓷粉与液态镁合金的质量比为1:(1.5～2)；所述的交频超声耦合热压快速成型的方法如下：在超声功率为600W～1800W、热压温度为300℃～480℃和压强为300MPa～500MPa的条件下同时进行第一级超声和热压成型6min～20min，然后在超声功率为500W～1200W、热压温度为300℃～480℃和压强为300MPa～500MPa的条件下同时进行第二级超声和热压成型3min～18min，且所述的第二级超声的功率小于第一级超声的功率；二、将步骤一得到的多孔陶瓷包覆镁合金熔体的结合体加热至300℃～400℃，然后加入到半固态的镁合金熔体中，进行交频超声振动作用下的升温机械搅拌，得到液态镁合金复合材料，随后进行交频超声耦合热压快速成型，得到多孔陶瓷增强镁基复合材料；所述的半固态的镁合金熔体的成分与步骤一中的液态镁合金的成分相同；所述的步骤一得到的多孔陶瓷包覆镁合金熔体的质量为半固态的镁合金熔体的质量的1％～30％；所述的交频超声振动作用下的升温机械搅拌的步骤如下：在超声功率为600W～1800W、温度为700℃～780℃和机械搅拌速率为500rpm～1700rpm的条件下同时进行第一级超声和高温机械搅拌10min～40min，然后在超声功率为800W～1200W、温度为700℃～780℃和机械搅拌速率为500rpm～1700rpm的条件下同时进行第二级超声和高温机械搅拌8min～15min，且所述的第二级超声的功率小于第一级超声的功率；所述的交频超声耦合热压快速成型的方法如下：在超声功率为600W～1800W、热压温度为300℃～460℃和压强为300MPa～500MPa的条件下同时进行第一级超声和热压成型3min～20min，然后在超声功率为400W～1200W、热压温度为300℃～460℃和压强为300MPa～500MPa的条件下同时进行第二级超声和热压成型5min～20min，且所述的第二级超声的功率小于第一级超声的功率。...

【技术特征摘要】
1.一种交频超声耦合热压浸渗多孔陶瓷增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于交频超声耦合热压浸渗多孔陶瓷增强镁基复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、制备多孔陶瓷包覆镁合金熔体的结合体：将多孔陶瓷粉加热至400℃～600℃，然后将液态镁合金浸入到400℃～600℃的多孔陶瓷粉中，再进行交频超声耦合热压快速成型，自然冷却至室温，得到多孔陶瓷包覆镁合金熔体的结合体；所述的400℃～600℃的多孔陶瓷粉与液态镁合金的质量比为1:(1.5～2)；所述的交频超声耦合热压快速成型的方法如下：在超声功率为600W～1800W、热压温度为300℃～480℃和压强为300MPa～500MPa的条件下同时进行第一级超声和热压成型6min～20min，然后在超声功率为500W～1200W、热压温度为300℃～480℃和压强为300MPa～500MPa的条件下同时进行第二级超声和热压成型3min～18min，且所述的第二级超声的功率小于第一级超声的功率；二、将步骤一得到的多孔陶瓷包覆镁合金熔体的结合体加热至300℃～400℃，然后加入到半固态的镁合金熔体中，进行交频超声振动作用下的升温机械搅拌，得到液态镁合金复合材料，随后进行交频超声耦合热压快速成型，得到多孔陶瓷增强镁基复合材料；所述的半固态的镁合金熔体的成分与步骤一中的液态镁合金的成分相同；所述的步骤一得到的多孔陶瓷包覆镁合金熔体的质量为半固态的镁合金熔体的质量的1％～30％；所述的交频超声振动作用下的升温机械搅拌的步骤如下：在超声功率为600W～1800W、温度为700℃～780℃和机械搅拌速率为500rpm～1700rpm的条件下同时进行第一级超声和高温机械搅拌10min～40min，然后在超声功率为800W～1200W、温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂凯波，朱智浩，韩俊刚，杨安，邓坤坤，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14