本发明专利技术涉及一种增强镁基复合材料及其制备方法，涉及金属材料领域。本发明专利技术的增强镁基复合材料，由以下质量百分比的组分组成：Gd 3～6％，Sm 2～4％，Zr 0.3～0.6％，SiC 1～9％，余量为镁和不可避免的杂质。本发明专利技术的增强镁基复合材料，组分简单，成本相对低廉，通过添加微米级的SiC颗粒，大幅度提高材料的强度和硬度以及耐磨性，扩大了材料的应用范围。本发明专利技术的增强镁基复合材料，室温抗拉强度高达258.35MPa，布氏硬度高达118.4，比基体合金Mg‑5Gd‑3Sm‑0.5Zr的室温抗拉强度提高了44.65％，硬度提高了59.30％。
A reinforced magnesium matrix composite and its preparation method
The invention relates to a reinforced magnesium based composite material and a preparation method, which relates to the field of metal material. Reinforced magnesium matrix composite material of the invention, by following the mass percentage of components: Gd 3 ~ 6%, 2 ~ 4% Sm, Zr 0.3 ~ 0.6%, 1 ~ 9% SiC, balance of magnesium and unavoidable impurities. The reinforced magnesium matrix composite of the invention has simple components and relatively low cost. By adding micron sized SiC particles, the strength and hardness and wear resistance of the material are greatly improved, and the application range of the material is enlarged. Reinforced magnesium matrix composite material of the invention, the room temperature tensile strength up to 258.35MPa, up to 118.4 Brinell hardness, tensile strength than the base alloy Mg 5Gd 3Sm 0.5Zr increased by 44.65%, the hardness is increased by 59.30%.
【技术实现步骤摘要】
一种增强镁基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种增强镁基复合材料及其制备方法，属于金属材料领域。
技术介绍
镁合金作为最轻的工程结构金属材料，具有许多优异的性能，但是也存在着一定的缺点，如韧性差、高温强度不足、耐磨性差等，从而限制了镁合金在一些领域的应用。为了适应生产需要，近年来开发了多种系列的稀土镁合金，例如Mg-Gd系列、Mg-Sm系列、Mg-Y系列等，还研究了添加混合稀土的镁合金的性能及组织，在一定程度上提高了镁合金的室温及高温力学性能。镁基复合材料密度低、比刚度和比强度高，同时还具有良好的耐高温性、耐磨性、耐冲击性、优良的减震性能以及良好的尺寸稳定性等。此外，还具有电磁屏蔽和贮氢特性，是一类优秀的结构与功能材料，也是当今高新
中期望采用的复合材料之一。制备方法有铸造冶金法、粉末冶金法、喷射沉积法、原位合成法等，常用的增强相主要有纤维增强、晶须增强和颗粒增强等。其中颗粒增强的镁基复合材料是目前研究较多的复合材料之一。但在目前所研究的镁基复合材料领域，基体合金种类较少，如常用的AZ91D镁合金虽然抗拉强度、压铸性能良好，但抗蠕变性能不是很好；AS41B镁合金的抗蠕变性能良好，但是强度、硬度不够高，不能满足提升镁基复合材料整体性能的需求，因此，迫切需要开发处一种具有良好力学性能的镁合金基体的复合材料。申请公布号为CN104233028A的中国专利技术专利公开了一种增强镁基合金及其制备方法，该专利公开的增强镁基合金，按重量百分比含量含有：Al4～5％，Gd0.28～0.30％，Si2～2.5％，Ca0.8～0.9％，Zn1.5～1.8，Sr0.8～1％，Sm0.3～0.5％，Nd0.4～0.5％，Y0.5～0.6％，Zr0.3～0.4％，Sn0.6～0.7％，Mn1.2～1.3％，Cu0.26～0.3％，Sb0.3～0.35％，Cr0.1～0.2％，Nb1～1.2％，氮化硼纳米管颗粒2～3％，石墨烯2～4％，碳化硅晶须3～3.5％，余量为镁。该专利公开的增强镁基合金，所用元素种类较多，成本高，虽然抗拉强度高，但是硬度欠佳。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种硬度高的增强镁基复合材料。本专利技术的第二个目的在于提供一种增强镁基复合材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种增强镁基复合材料，由以下质量百分比的组分组成：Gd3～6％，Sm2～4％，Zr0.3～0.6％，SiC1～9％，余量为镁和不可避免的杂质。本专利技术的增强镁基复合材料，原料种类简单，成本相对低廉，通过添加微米级的SiC颗粒，大幅度提高材料的强度和硬度以及耐磨性，扩大了材料的应用范围。本专利技术的增强镁基复合材料，室温抗拉强度高达258.35MPa，布氏硬度高达118.4，比基体合金Mg-5Gd-3Sm-0.5Zr的室温抗拉强度提高了44.65％，硬度提高了59.30％。上述增强镁基复合材料，优选的，由以下质量百分比的组分组成：Gd5％，Sm3％，Zr0.5％，SiC1～6％，余量为镁和不可避免的杂质。上述增强镁基复合材料，优选的，由以下质量百分比的组分组成：Gd5％，Sm3％，Zr0.5％，SiC3％，余量为镁和不可避免的杂质。所述SiC的平均尺寸小于5μm。上述增强镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)在CO2和SF6混合气体保护下，将原料镁于685～695℃熔化后升温至710～730℃，然后加入中间合金Mg-30Gd、Mg-30Sm、Mg-30Zr于710～730℃保温10～15min，之后降温至675～685℃加入SiC，混匀，得金属液；2)将步骤1)中金属液浇铸，得铸锭；3)将步骤2)所得铸锭进行热处理，即得。步骤1)中CO2和SF6混合气体的中CO2和SF6的体积比为99：1。步骤1)中的原料镁为纯镁。步骤1)中SiC的平均尺寸小于5μm。步骤1)中SiC以铝箔包裹的形式加入。所述SiC在用铝箔包裹前经预处理，所述预处理为：将SiC溶于乙醇中，超声震荡20～40min后烘干，即得。所述乙醇为无水乙醇。所述烘干为蒸干无水乙醇。加入经乙醇预处理后的碳化硅，可以增强碳化硅与基体的界面结合。上述SiC为SiC粉末。上述预处理可以达到防止SiC粉末团聚的效果，进而使SiC粉末颗粒均匀的分散于金属液中。步骤1)中于675～685℃加入SiC，由于基体(Gd-Sm–Zr-Mg熔液)在该温度下粘度和流动性好，粘滞力大，对SiC的夹带和包裹作用强，使碳化硅颗粒不易凝聚成团，提高了SiC颗粒与基体的界面结合力，防止碳化硅颗粒不同程度的沉降，有利于后续所得复合材料力学性能的提高。步骤1)中混匀的方式为机械搅拌5min。所述机械搅拌有利于SiC在金属液中均匀分散。步骤1)中混匀后静置3min。此时碳化硅颗粒在基体中成网格状致密分布，界面结合良好，进一步改善最终所得复合材料的力学性能。步骤2)中浇铸所用的模具为45钢模具。上述45钢模具在使用前于250℃预热50～60min。步骤3)中的热处理包括固溶处理和时效处理。步骤3)中的热处理为依次进行固溶处理、时效处理。所述固溶处理为于520～530℃保温6～12h，然后于80～90℃的热水中冷却。所述时效处理为于220～230℃保温10～14h，然后空冷至室温。本专利技术的增强镁基复合材料，原料种类简单，成本相对低廉，通过添加微米级的SiC颗粒，大幅度提高材料的强度和硬度以及耐磨性，扩大了材料的应用范围。本专利技术的增强镁基复合材料，室温抗拉强度高达258.35MPa，布氏硬度高达118.4，比基体合金Mg-5Gd-3Sm-0.5Zr的室温抗拉强度提高了44.65％，硬度提高了59.30％。本专利技术的增强镁基复合材料的制备方法，简单可行，成本低，适合批量生产。具体实施方式实施例1本实施例的增强镁基复合材料，由以下质量百分比的组分组成：Gd为3％，Sm为3％，Zr为0.3％，SiC为1％，余量为金属镁和不可避免的杂质；其中SiC的平均颗粒尺寸小于5μm。本实施例的增强镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)按照上述质量百分比换算后的重量称取原料纯镁、中间合金Mg-30Gd、Mg-30Sm、Mg-30Zr，备用；2)为了防止SiC粉末团聚，先将SiC粉末溶于无水乙醇中，形成悬浮液，然后超声震荡处理30min，使团聚的SiC粉末分散，之后烘干蒸发无水乙醇，进而得到干燥的SiC粉末，按照上述质量百分比称取一定重量后，用铝箔包裹备用；上述SiC的平均尺寸＜5μm；3)将纯镁置于熔炼炉中，加热至685℃熔化，然后升温至710℃，加入中间合金Mg-30Gd、中间合金Mg-30Sm、中间合金Mg-30Zr，于710℃保温10分钟，之后降温到675℃迅速加入用铝箔包裹的SiC粉末，机械搅拌5min后静置3min，得金属液，整个过程使用CO2和SF6的混合气体保护，其中CO2和SF6的体积比为99：1；4)将步骤3)所得金属液浇注到250℃预热50min的45钢模具中，得铸锭；5)将步骤4)所得铸锭依次进行固溶、时效处理，其中固溶处理为于520℃保温6h，然后在80℃的热水中冷却；时效处理为于220℃保温10h，然后取出空冷至室温即得。实施例2本实施例的增强镁基复合材料，由以下质量百分比的组分组成：Gd为5％，S本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种增强镁基复合材料，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：Gd 3～6％，Sm 2～4％，Zr 0.3～0.6％，SiC 1～9％，余量为镁和不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
1.一种增强镁基复合材料，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：Gd3～6％，Sm2～4％，Zr0.3～0.6％，SiC1～9％，余量为镁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的增强镁基复合材料，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：Gd5％，Sm3％，Zr0.5％，SiC1～6％，余量为镁和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的增强镁基复合材料，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：Gd5％，Sm3％，Zr0.5％，SiC3％，余量为镁和不可避免的杂质。4.根据权利要求1-3任一项所述的增强镁基复合材料，其特征在于，所述SiC的平均尺寸＜5μm。5.一种如权利要求1所述的增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在CO2和SF6混合气体保护下，将原料镁于685～695℃熔化后升温至710～730℃，然后加入中间合金Mg-30Gd、Mg-30Sm、Mg-30Zr于710～7...
【专利技术属性】
技术研发人员：李全安，朱利敏，陈晓亚，王颂博，张帅，关海昆，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41
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