颗粒增强镁基复合材料的制备方法技术

颗粒增强镁基复合材料的制备方法，它涉及镁基复合材料的制备方法。本发明专利技术的目的是要解决现有方法制备的颗粒增强镁基复合材料存在强度低、塑性较差，颗粒在镁合金中分散不均匀和制备时间长的缺点。本发明专利技术的制备方法是按以下步骤进行的：一、制备镁合金半固态熔体；二、制备颗粒-镁合金熔体；三、颗粒-镁合金熔体凝固成型。优点：一、本发明专利技术得到的颗粒增强镁基复合材料的拉伸强度和屈服强度提高了50%～150%，延伸率最高达到8%；二、本发明专利技术颗粒在镁合金中分散均匀，减少了镁基复合材料中的气孔缺陷；三、工艺简单，制备时间降低15%～30%。本发明专利技术可获得颗粒增强镁基复合材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及镁基复合材料的制备方法。
技术介绍
镁是最轻的金属结构材料之一，其密度比铝轻35%，比钛轻65%。伴随着汽车和航空航天产业节能减排需求的增加，同时考虑材料性能的要求，镁及其合金在当前科研及商业化应用方面被广泛研究。但是传统镁合金往往强度不高，并且由于镁具有密排立方结构导致其室温延伸率也较低，这限制了其应用范围。为了提高镁合金的力学性能，镁基复合材料基于其低密度、较高的强度、刚度及良好的抗蠕变性能等优点得到了众多研究者的关注。制备镁基复合材料时最常用的增强体之一是微米级尺寸的陶瓷颗粒。与基体镁合金相比，微米级陶瓷颗粒增强镁基复合材料的强度通常显著增加，但延伸率将急剧降低，这也将限制其广泛的应用。将增强体陶瓷颗粒的尺寸从微米级降至纳米级(即纳米颗粒)来制备金属基纳米复合材料，可显著提高基体的机械性能，同时使基体合金的延伸率得到保持。制备工艺是获得具有优异性能镁基复合材料的关键。在各种微米级陶瓷颗粒增强镁基复合材料制备工艺中，搅拌铸造法是最常用的制备方法之一。通过机械搅拌，搅拌铸造法可以实现将微米级陶瓷颗粒较为均匀地分散到基体合金中，但是复合材料的塑性较差。对于纳米颗粒，由于其在金属熔体中通常比表面积大，与基体润湿性差。因此，现有方法制备的颗粒增强镁基复合材料存在强度低、塑性较差，颗粒在镁合金中分散不均匀和制备时间长的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有方法制备的颗粒增强镁基复合材料存在强度低、塑性较差，颗粒在镁合金中分散不均匀和制备时间长的缺点，而提供颗粒增强镁基复合材料的制备方法。颗粒增强镁基复合材料的制备方法，当颗粒尺寸为微米时，颗粒增强镁基复合材料的制备方法具体是按以下步骤完成的：一、制备镁合金半固态熔体：在保护气体的气氛下将镁合金从室温升温至720℃～750℃，然后将温度降至580℃～630℃，去除镁合金表面的浮渣，得到镁合金半固态熔体；步骤一中所述的镁合金由镁元素和其他金属元素组成；所述的其他金属元素为锌元素、锰元素、铝元素和钙元素中的一种或几种的混合物；所述的镁合金中镁元素的质量百分比为80%～99%；二、制备颗粒-镁合金熔体：①将颗粒加热到550℃～600℃，得到预热的颗粒；②在转速为800r/min～1000r/min的条件下将预热的颗粒加入到镁合金半固态熔体中，在转速为1200r/min～2000r/min的条件下搅拌3min～10min；③在温度为700℃～720℃和搅拌速度为200r/min～500r/min的条件下使用超声波处理10min～35min；④在温度为700℃～720℃和搅拌速度为200r/min～300r/min的条件下搅拌5min～10min，得到颗粒-镁合金熔体；步骤二①中所述的颗粒为碳化硅、氧化铝和碳化钛中的一种或几种的混合物；步骤二②中所述的颗粒的体积与镁合金半固态熔体的体积比为1:(4～19)；三、颗粒-镁合金熔体凝固成型：将颗粒-镁合金熔体升温至740℃～750℃，然后将加热的颗粒-镁合金熔体浇注到温度为350℃～450℃的模具中，在5MPa～10MPa压力下保压3min～5min，得到颗粒增强镁基复合材料。颗粒增强镁基复合材料的制备方法，当颗粒尺寸为纳米时，颗粒增强镁基复合材料的制备方法具体是按以下步骤完成的：一、制备镁合金半固态熔体：在保护气体的气氛下将镁合金从室温升温至720℃～750℃，然后将温度降至580℃～630℃，去除镁合金表面的浮渣，得到镁合金半固态熔体；步骤一中所述的镁合金由镁元素和其他金属元素组成；所述的其他金属元素为锌元素、锰元素、铝元素和钙元素中的一种或几种的混合物；所述的镁合金中镁元素的质量百分比为80%～99%；二、制备颗粒-镁合金熔体：①将颗粒加热到600℃～650℃，得到预热的颗粒；②在转速为500r/min～800r/min的条件下将预热的颗粒加入到镁合金半固态熔体中，在转速为1500r/min～2000r/min的条件下搅拌5min～15min；③在温度为700℃～720℃和搅拌速度为200r/min～400r/min的条件下使用超声波处理10min～35min，得到颗粒-镁合金熔体；步骤二①中所述的颗粒为碳化硅、氧化铝和碳化钛中的一种或几种的混合物；步骤二②中所述的颗粒的体积与镁合金半固态熔体的体积比为1:(21～199)；三、颗粒-镁合金熔体凝固成型：将颗粒-镁合金熔体升温至740℃～750℃，然后将加热的颗粒-镁合金熔体浇注到温度为350℃～400℃的模具中，在5MPa～10MPa压力下保压3min～5min，得到颗粒增强镁基复合材料。本专利技术使用保护气体的目的是为了防止镁基材料的氧化和燃烧。本专利技术的优点：一、本专利技术得到的颗粒增强镁基复合材料的拉伸强度和屈服强度提高了50%～150%，延伸率最高达到8%；二、本专利技术颗粒在镁合金中分散均匀，减少了镁基复合材料中的气孔缺陷；三、工艺简单，制备时间降低15%～30%；四、本专利技术凝固过程是在一定压力下进行的，有利于镁基复合材料熔体快速凝固，并将进一步减少纳米颗粒增强镁基复合材料中的气孔等缺陷。本专利技术可获得颗粒增强镁基复合材料。附图说明图1是试验二得到的颗粒增强镁基复合材料放大100倍的SEM图；图2是试验三得到的颗粒增强镁基复合材料放大100倍的SEM图；图3是试验四得到的颗粒增强镁基复合材料放大100倍的SEM图；图4是试验五得到的颗粒增强镁基复合材料放大100倍的SEM图；图5是试验六得到的颗粒增强镁基复合材料的透射电子显微照片。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是颗粒增强镁基复合材料的制备方法，当颗粒尺寸为微米时，颗粒增强镁基复合材料的制备方法具体是按以下步骤完成的：一、制备镁合金半固态熔体：在保护气体的气氛下将镁合金从室温升温至720℃～750℃，然后将温度降至580℃～630℃，去除镁合金表面的浮渣，得到镁合金半固态熔体；步骤一中所述的镁合金由镁元素和其他金属元素组成；所述的其他金属元素为锌元素、锰元素、铝元素和钙元素中的一种或几种的混合物；所述的镁合金中镁元素的质量百分比为80%～99%；二、制备颗粒-镁合金熔体：①将颗粒加热到550℃～600℃，得到预热的颗粒；②在转速为800r/min～1000r/min的条件下将预热的颗粒加入到镁合金半固态熔体中，在转速为1200r/min～2000/min的条件下搅拌3min～10min；③在温度为700℃～720℃和搅拌速度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于当颗粒尺寸为微米时，颗粒增强镁
基复合材料的制备方法具体是按以下步骤完成的：
一、制备镁合金半固态熔体：在保护气体的气氛下将镁合金从室温升温至720℃～750
℃，然后将温度降至580℃～630℃，去除镁合金表面的浮渣，得到镁合金半固态熔体；
步骤一中所述的镁合金由镁元素和其他金属元素组成；所述的其他金属元素为锌元素、
锰元素、铝元素和钙元素中的一种或几种的混合物；所述的镁合金中镁元素的质量百分比
为80%～99%；
二、制备颗粒-镁合金熔体：①将颗粒加热到550℃～600℃，得到预热的颗粒；②在转
速为800r/min～1000r/min的条件下将预热的颗粒加入到镁合金半固态熔体中，在转速为
1200r/min～2000r/min的条件下搅拌3min～10min；③在温度为700℃～720℃和搅拌速度为
200r/min～500r/min的条件下使用超声波处理10min～35min；④在温度为700℃～720℃和搅
拌速度为200r/min～300r/min的条件下搅拌5min～10min，得到颗粒-镁合金熔体；
步骤二①中所述的颗粒为碳化硅、氧化铝和碳化钛中的一种或几种的混合物；
步骤二②中所述的颗粒的体积与镁合金半固态熔体的体积比为1:(4～19)；
三、颗粒-镁合金熔体凝固成型：将颗粒-镁合金熔体升温至740℃～750℃，然后将加热
的颗粒-镁合金熔体浇注到温度为350℃～450℃的模具中，在5MPa～10MPa压力下保压
3min～5min，得到颗粒增强镁基复合材料。
2.根据权利要求1所述的颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所
述的保护气体为二氧化碳和六氟化硫中的一种或两种的混合气体。
3.根据权利要求1所述的颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤二①中
所述的颗粒的尺寸为1μm～10μm。
4.根据权利要求1所述的颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤二③中
所述的超声波处理频率为18千赫兹～21千赫兹。
5.根据权利要求1所述的颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤二③中
在温度为700℃～710℃和搅拌速度为200r/min～300r/min的条...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓军，聂凯波，胡小石，吴昆，郑明毅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：