本发明专利技术提供一种含SiC颗粒的高模量镁基复合材料。它包括包括下述重量百分比含量的组分：钇和/或钕1.0-10.0％，SiC1.0-15.0％，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％。其制备方法是在纯镁锭上打孔，将进行了表面改性处理并烘干后SiC颗粒装入孔内，在保护气氛下将纯镁加热熔化，搅拌后，再迅速升温，依次加入其余组分的中间合金并搅拌，控制中间合金完全熔化至浇铸时间小于等于4分钟，精炼扒渣，浇铸，得到铸锭。发明专利技术组分配比合理、加工制造容易，制备的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颗粒的高模量镁基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种含SiC颗粒的高模量镁基复合材料，该合金室温弹性模量可达50～70GPa。属于有色金属材料及其加工领域。
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℃，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Gd、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℃。这主要是由于Gd、Y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(46.1GPa)、Mg7Gd(52.6GPa)、MgY(55.7GPa)、Mg24Y5(53.8GPa)和MgNd(55.4GPa)等相的弹性模量都比较低，使得Mg-RE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耐热镁合金材料的需求。因此，研发高模量镁基复合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、加工制造容易的高模量镁基复合材料，通过组分配比，大幅度提高合金的弹性模量，使该合金可满足室温条件下对要求弹性模量为50-70GPa的轻质材料和(或)零部件制造的需求，并且，抗拉强度和延展性同样达到优异的效果。本专利技术提供的高弹性模量镁基复合材料，包括下述重量百分比含量的组分：钇和/或钕1.0-10.0％，SiC1.0-15.0％，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％。上述钇和/或钕，以及锡、锑和锌中的至少一种是本专利技术添加的合金元素，合金元素和SiC的添加总重量占所述镁基复合材料的3.0-30.0％。上述钇和/或钕是指钇和钕可以单独使用也可以同时使用，同时使用时，钇和钕的重量比可以为6.9:3.0-8.9:1.0、7.9-8.9:1.0、6.9:3.0、7.9:1.0或8.9:1.0。上述SiC的重量百分含量优选为4.0-15.0％，更优选为5.0-15％，如9.9-15.0％或者8-10％或者8.0-15％。上述钇和/或钕的重量百分含量优选为8.9-9.9％。本专利技术的高弹性模量镁基复合材料，还可以包含有占高弹性模量镁基复合材料总量为小于等于2％的活性元素X，所述活性元素X选自铝(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；各组分重量百分之和为100％。所述活性元素X的重量百分含量优选为1.0-2.0％或者1.0-1.9％；优选的，所述镁基复合材料由下述重量份数比的组分组成：钇和/或钕1.0-10.0％，SiC4.0-15.0％，锡、锑、锌中的至少一种1.0-5.0％，所述活性元素X小于等于2％；余量为镁；各组分重量百分之和为100％。更优选的，所述镁基复合材料由下述重量份数比的组分组成：钇和/或钕8.9-9.9％，SiC5.0-15％，锡、锑、锌中的至少一种1.0-5.0％，所述活性元素X1.0-2.0％或者1.0-1.9％；余量为镁；各组分重量百分之和为100％。具体的，所述镁基复合材料由下述重量份数比的组分组成：钇和钕8.9-9.9％，SiC9.9-15.0％或者8-10％或者8.0-15％，锡、锑、锌中的一种或两种2.0-5.0％，所述活性元素X1.0-2.0％；余量为镁；各组分重量百分之和为100％.或者，所述镁基复合材料可以由下述重量份数比的组分组成：1)余量为镁；各组分重量百分之和为100％；或，余量为镁；各组分重量百分之和为100％；或，3)余量为镁；各组分重量百分之和为100％。上述SiC为SiC颗粒，粒径为1.0-20μm，具体可以为β-SiCp。本专利技术提供的高模量镁基复合材料的制备方法，包括下述步骤：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℃，待纯镁锭熔化后，对熔体进行搅拌后，迅速升温至770-780℃待纯镁锭熔化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；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。本专利技术镁基复合材料的制备方法中，如果组分中含有锌，Zn以纯锌的方式加入纯镁熔体内。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，其中：Mg用纯镁的方式加入，SiC颗粒用微米级尺寸(粒径为1.0-20μm)的β-SiCp加入，其余组分以镁基中间合金的形式加入。本专利技术的高模量镁基复合材料的制备方法，还包括将所述铸锭经500-525℃/2-24h均匀化处理及200-250℃/2-72h时效处理后获得高模量镁基复合材料；或者优选的，将所述铸锭经500-525℃/2-24h均匀化处理后，于300-450℃挤压、热轧或热锻后进行490-500℃/0.5-1.5h固溶处理，然后，进行200-250℃/2-72h时效处理，分别获得高模量镁基复合材料挤压材、热轧材或热锻材。本专利技术所指镁合金含重量为小于等于2％的活性元素X是为了细化晶粒，改善晶界结构，提高镁合金的塑性。本专利技术所指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Y、Nd等元素在镁基体中较大的固溶特性(其固溶度分别为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本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含SiC颗粒的镁基复合材料，包括下述重量百分比含量的组分： 钇和/或钕 1.0‑10.0％， 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％。
【技术特征摘要】
1.一种含SiC颗粒的镁基复合材料，包括下述重量百分比含量的组分：钇和钕1.0-10.0％，钇和钕的重量比为7.9-8.9:1.0；SiC1.0-15.0％，SiC为SiC颗粒，粒径为1.0-20μm；锡、锑中的至少一种1.0-5.0％；余量为镁；各组分重量百分之和为100％；其制备方法为：1)在镁锭上打孔，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颗粒的纯镁锭在Ar气保护气氛下加热至730-750℃，待纯镁锭和其余组分的中间合金熔化后，对熔体进行搅拌后，迅速升温至770-780℃，然后，加入其余组分，精炼扒渣，浇铸，得到铸锭；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；将所述铸锭经500-525℃/2-24h均匀化处理及200-250℃/2-72h时效处理后获得镁基复合材料；或者将所述铸锭经500-525℃/2-24h均匀化处理后，于300-450℃热挤压、热轧或热锻后进行490-500℃/0.5-1.5h固溶处理，然后，进行200-250℃/2-72h时效处理，分别获得镁基复合材料的挤压材、热轧材或热锻材。2.根据权利要求1所述的镁基复合材料，其特征在于：所述镁基复合材料，还包含有占所述镁基复合材料总重量的0-2％的活性元素X，所述活性元素X选自铝、钛、银、锆、钙、钪、镧、铈、铕、镨、钷和钐中的任意一种；各组分重量百分之和为100％。3.根据权利要求2所述的镁基复合材料，其特征在于：所述镁基复合材料由下述重量...
【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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