本发明专利技术提供了一种含SiC颗粒高强高模量镁基复合材料。所述镁基复合材料，包括下述重量百分比含量的组分：1.0-15.0％重稀土，1.0～15.0％的SiC，1.0～5.0％的锡、锑和锌中至少一种，余量为镁；所述重稀土、SiC以及锡、锑和锌中的至少一种占所述稀土镁基复合材料的总重量百分含量为3-30％。本发明专利技术的稀土镁基复合材料的制备方法，包括：在镁锭上打孔，对碳化硅颗粒进行表面改性处理，烘干后将其装入孔内；将装有碳化硅颗粒的镁锭放入坩埚中熔铸；经热处理工艺获得稀土镁基复合材料。通过该方法制备的稀土镁基复合材料，具有高的室温强度和弹性模量，较好的塑性。综合性能明显高于现有的稀土镁合金。适于工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
一种含SiC颗粒的高强高模量镁基复合材料
本专利技术涉及复合材料
。进一步地，本专利技术涉及一种包含SiC颗粒的稀土 镁基复合材料及其制备方法。
技术介绍
为达到减重增效的目的，汽车制造业对高性能轻质材料的需求量迅速增长，镁合 金材料作为可工业化生产的最轻金属结构材料，受到了特别的重视。近年来，交通运输及航 空航天工具的速度越来越高，所需的动力功率越来越大，对材料的耐热性能及抗弹性变形 能力提出了更高的要求。合金化是提高合金力学性能的有效手段。从上世纪四十年代以来， 相继开发了一系列具备优异性能的Mg-RE合金，如国外研发的含银（Ag)和稀土（RE)的镁 合金QE22、EQ21，含稀土钇（Y)和钕（Nd)的镁合金WE54、WE43等，以及国内研发的镁合金 ZM6,Mg-Gd-Y系列合金等。其中，WE54和WE43合金是目前发展最为成功的商业化耐热稀土 镁合金，具有很高的室温和高温力学性能，其拉伸强度可达285MPa，耐热温度可达300°C， 且经过热处理后其耐蚀性能优于其他高温镁合金。 与国外的合金相比，Mg-Gd-Y系合金性能较稳定，室温和高温强度与国外合金水 平相当，甚至某些合金的强度还要高于国外的合金。近10年来，国内的中南大学、上海交 通大学以及中国科学院长春应用化学研究所等研究机构在国家973等重大项目的支持 下，结合自身的优势对Mg-Gd-Y-Zr(GWK)合金进行了深入的研究，已取得了显著的成果。何 上明等通过调整GcU Y的含量，综合利用固溶强化、时效强化以及形变强化等手段，开发出 了 Mg-Gd-Y-Zr (JDM-2)高强耐热变形镁合金，其屈服强度和抗拉强度分别达到436MPa和 491MPa的最高强度指标。张新明等研制的Mg-9Gd-4Y-0. 6Zr合金具有较高的室温和高温强 度，力学性能明显优于WE54合金，耐热温度更是达到了 350°C。这主要是由于GcUY元素在 镁基体中具有较大的固溶度，经高温固溶和时效处理后可形成大量的亚稳析出相（β 和 β')，从而提高了合金的强度。 由混合定律可知，多相合金的弹性模量是由其组成相的弹性模量及其体积分 数决定的。可惜的是，Mg-RE 合金中 MgGd(56. 9GPa)、Mg3Gd(46. IGPa)、Mg7Gd(52. 6GPa)、 1^(55.76?&)、1%24￥5(53.86? &)和1%制(55.46?&)等相的弹性模量都比较低，使得1%-1?合 金的弹性模量也比较低，仅为40?45GPa，最终导致其抗弹性变形能力差，不能满足工程领 域对轻质高强高模量耐热镁合金材料的需求。因此，研发高强高模量镁基复合材料材料的 需求已变得非常迫切。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理、加工制造容易 的高强高模量镁基复合材料，该镁基复合材料在室温条件下弹性模量得到显著提高，可达 50?70GPa，且抗拉强度、延伸率优异，易加工制造，满足轻质材料和（或）零部件制造的需 求。 本专利技术提供一种稀土镁基复合材料，包括下述组分按重量百分比的组分： 重稀土 1.0-15.0%， SiC 1. 0-15. 0%, 锡、锑和锌中的至少一种1.0-5. 0%， 余量为镁；各组分重量百分之和为100%。 所述重稀土的重量百分含量优选为2.0-15.0%，更优选为5.0-15.0%，最优选为 10. 0-15. 0%。 所述SiC的重量百分含量优选为4.0-15.0%，更优选为5.0-15.0%，最优选为 10. 0-15. 0%。 锡、锑和锌中的至少一种的重量百分含量优选为0. 1-5. 0 %，更优选为 1. 0-5. 0 %，最优选为 3. 0-5. 0 %。 本专利技术的高强高模量镁基复合材料，所述重稀土选自钆（Gd)、镝（Dy)、铽（Tb)、钦 (Ho)、铒（Er)、铥（Tm)、镱（Yb)和镥（Lu)中的至少一种。其中，当重稀土选自钆（Gd)Jg (Dy)、铥（Tm)、镱（Yb)和镥（Lu)中的至少一种使效果更优，最好选自（Gd)和镝（Dy)中的 一种。 另外，进一步地，本专利技术中加入活性元素 X，是为了细化晶粒，改善晶界结构，提高 该镁基复合材料的塑性。本专利技术的高强高模量稀土镁基复合材料，还包含有占高强高模量 稀土镁基复合材料总重量百分含量为小于等于2wt %的活性元素 X，其中，所述活性元素 X 包括铝（Al)、钛（Ti)、银（Ag)、锆（Zr)、钙（Ca)、钪（Sc)、镧（La)、铈（Ce)、铕（Eu)、镨（Pr)、 钷（Pm)、钐（Sm)中的任意一种。所述活性元素 X的重量百分含量优选为0. 1-2. 0%，更优 选为 1. 0-2. 0%。 优选的，本专利技术的高强高模量稀土镁基复合材料由下述重量百分含量的组分组 成： 重稀土 1.0-15.0%， SiC 1. 0-15. 0%, 锡、锑和锌中的至少一种L 0-5.0%， 活性元素 X小于等于2%， 余量为镁；各组分重量百分之和为100%。 此外，本专利技术提供了一种易于工业化生产的稀土镁基复合材料的制备方法，其中， 所述制备方法包括： 1)在纯镁锭上打孔，孔的直径为2. 0-2. 5cm ;对SiC颗粒进行表面改性处理，烘干 后将其装入孔内得到装有SiC颗粒的纯镁锭； 2)熔铸：将步骤1)得到的装有SiC颗粒的纯镁锭放入铁坩埚中在Ar气保护气氛 下加热至730-750°C，待纯镁锭熔化后，对熔体进行搅拌后，迅速升温至770-780°C，然后， 加入纯锌和其余组分的中间合金并搅拌，精炼扒渣，浇铸，得到铸锭； 上述步骤2)中，控制所有中间合金完全熔化及精炼扒渣至浇铸时间小于等于4分 钟。 上述方法中，按设计的高模量镁基复合材料组分配比分别取各组分，按照上述组 分含量分别取各个组分，如果组分中含有锌，Zn以纯锌的方式加入纯镁熔体内。Mg用纯镁 的方式加入，S iC颗粒用微米级尺寸（粒径为I. 0-20 μ m)的β-SiCp加入，其余组分以镁 基中间合金的形式加入。 本专利技术的高强高模量稀土镁基复合材料的制备方法中，还包括将所述铸锭经 500-525°C /2-24h均匀化处理及200-250°C /2-72h时效处理后获得高强高模量稀土镁基复 合材料。 本专利技术的高强高模量稀土镁基复合材料的制备方法，还包括将所述铸 锭经500-525 °C /2-24h均匀化处理后，于300-450 °C挤压、热轧或热锻后进行 490-500°C /0· 5-1. 5h固溶处理，然后，进行200-250°C /2-72h时效处理，分别获得高强高模 量稀土镁基复合材料挤压材、热轧材或热锻材。 本专利技术所指高强高模量镁基复合材料是通过添加具有高弹性模量的SiC颗粒 (360-460GPa)，同时又利用了 GcU Y、Nd等元素在镁基体中较大的固溶特性（其固溶度分别 为23. 5wt. %、12. 4wt. %和3. 6wt. % )，当将它们加入镁熔体后，会在随后的材料制备过程 中（如时效工艺）形成大量的非平衡和（或）平本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含SiC颗粒高强高模量镁基复合材料， 包括下述重量百分比含量的组分： 重稀土 1.0～15.0％， SiC 1.0～15.0％， 锡、锑和锌中至少一种， 1.0～5.0％， 余量为镁；各组分重量百分之和为100％。
【技术特征摘要】
1. 一种含SiC颗粒高强高模量镁基复合材料， 包括下述重量百分比含量的组分： 重稀土 I.O?15.0%， SiC 1.0 ?15. 0%， 锡、锑和锌中至少一种， 1.0?5.0%， 余量为镁；各组分重量百分之和为100%。2. 如权利要求1所述的稀土镁基复合材料，其特征在于：所述稀土镁基复合材料包括 如下重量百分含量的组分： 重稀土 2.0 ?15.0%， SiC4.0 ?15.0%， 锡、锑和锌中至少一种，0. 1?5. 0% · 余量为镁；各组分重量百分之和为100%。3. 如权利要求2所述的稀土镁基复合材料，其特征在于：所述稀土镁基复合材料包括 如下重量百分含量的组分： 重稀土 5.0 ?15.0%， SiC5.0 ?15.0%， 锡、锑和锌中至少一种，I. 0?5. 0% · 余量为镁；各组分重量百分之和为100%。4. 如权利要求1?3中任一项所述的稀土镁基复合材料，其特征在于：所述重稀土选 自礼、摘、试、钦、辑、钱、镜和错中的至少一种。5. 如权利要求1?4中任一项所述的稀土镁基复合材料，其特征在于：所述合金元素 还可包括重量百分含量小于等于2%的活性元素X，该活泼元素选自铝、钛、银、锆、钙、钪、 镧、铈、铕、镨、钷、钐中的任意一种。6. 如权利要求5所述的稀土镁基复合材料，其中，所述活性元素X的重量百分含量为 0· 1 ?2. 0%。7. 如权利要求6所述的稀土镁基复合材料，其特征在于：所述稀土镁基复合材料由如 下重量百分含量的组分组成： 重稀土 10.0 ~-15.0%， SiC 10. 0~ 15. 0%, +锡、銻和锌中至少一种， 3. ...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡继龙，
申请(专利权)人：北京汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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