一种原位自生氮化铝增强镁基复合材料及其制备方法，该复合材料是中，镁合金基体的重量百分比含量为８０％－９５％，ＡｌＮ陶瓷颗粒重量百分比含量为５％－２０％。镁合金基体中铝重量百分比含量是０％－９％。制备方法如下：（１）在１０ｖｏｌ．％ＳＦ↓［６］＋９０ｖｏｌ．％ＣＯ↓［２］混合气体保护条件下，将镁铝合金原材料完全熔化；（２）然后把用铝箔包好的Ｍｇ↓［３］Ｎ↓［２］粉末压入镁铝熔体中；（３）在熔体中加入Ｍｇ↓［３］Ｎ↓［２］粉末后，保温，保证Ｍｇ↓［３］Ｎ↓［２］粉末与熔体中Ａｌ完全反应。（４）保温完成后用石墨圆盘搅拌熔体后，捞去表面的浮渣，并浇铸于金属模具凝固后得到所述材料。本发明专利技术制得的复合材料具有轻质、高强、高模量、耐高温等特点，可以广泛应用于交通运输业和国防工业。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种复合材料
的镁基复合材料及其制备方法，特别是一 种。技术背景颗粒增强镁基复合材料由于具有高的比强度、比模量和良好的耐磨、耐高温性能 和减震性能，在航空航天、汽车工业中具有潜在的应用前景和广阔的市场。 一般制备 颗粒增强镁基复合材料都是采用外加法制备，用此种制备方法存在很大的缺点(1) 由于这种方法一般需要特殊的设备，增加了制造成本；(2)由于陶瓷颗粒与基体金属 不润湿，难以制备出陶瓷颗粒均匀分布的金属基复合材料；(3)外加陶瓷颗粒尺寸一定， 限制了增强相的尺寸；(4)陶瓷颗粒与金属的界面结合不良，影响到其最终的性能； (5)陶瓷颗粒与金属熔体发生界面不良反应，影响到其最终的性能。经对现有技术的文献检索发现，Makoto Kobashi等人在《Materials Transactions, JIM》(日本金属学会，材料会刊)上，38(3) (1997) : 260-265,撰文"Synthesis of A1N/A1 Alloy Composites by i" Reaction between Mg3N2 and Aluminum(禾,氮化镁与 铝原位反应合成氮化铝增强铝基复合材料)"，该文研究了用氮化镁和铝为原料制备氮 化铝增强铝基复合材料。虽然铝合金已经很轻，但是随着节能减耗要求的提高和对环 保的日益重视，现在人们正在努力开发更轻的结构材料，所以有必要研究用镁合金取 代铝合金制备更轻的氮化铝增强镁基复合材料。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的缺陷，提供一种原位自生氮化铝增强镁基复合材料及其 制备方法，使其通过将搅拌铸造法和原位反应法结合起来，设计一种在镁铝合金内部 自生成A1N陶瓷颗粒增强镁基复合材料。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术所涉及的陶瓷颗粒增强镁基复合材料，是由镁合金基体和A1N陶瓷颗粒共 同构成，镁合金基体的重量百分比含量为80%—95%， A1N陶瓷颗粒重量百分比含量 为5%—20%。所述镁合金基体中，铝重量百分比含量是0W—9y。，余量为Mg。 本专利技术所涉及的A1N陶瓷颗粒增强镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤(1) 在SF6和C(V混合气体保护条件下，将镁铝合金原材料完全熔化；(2) 然后把用铝箔包好的Mg3N2粉末压入镁铝熔体中；(3) 在熔体中加入Mg3N2粉末后，保温，保证Mg美粉末与熔体中Al完全反应；(4) 保温完成后用石墨圆盘搅拌熔体，捞去表面的浮渣，并浇铸于金属模具凝固 后得到本专利技术原位自生氮化铝增强镁基复合材料。步骤(1)中，所述的熔化，其温度控制在680。C—72(TC之间。步骤(1)中，所述的SFe和C02混合气体，其中SFs体积占l(W， 0)2体积占90%。步骤(2)中，所述的Mg美粉末，其颗粒尺寸为20um—45um。步骤(3)中，所述保温，其时间为30分钟一60分钟。步骤(4)中，所述的搅拌，其速度为200—1000r/min，搅拌时间为10分钟一30 分钟。本专利技术是以镁铝合金和Mg3N2粉末为原材料，根据镁铝合金熔体中3molAl与 lmolMg3N2反应生成2molAlN和3molMg保证Mg3N2与镁合金中Al发生上述反应形成A1N 陶瓷颗粒，并采用搅拌铸造法和原位反应法相结合的制备方法。由于A1N陶瓷颗粒是 在搅拌铸造过程中通过化学反应在镁合金基体内自生成的，具有与基体的界面相容性 好，增强相的颗粒尺寸可控，增强相分布均匀等特点，因而制备的镁基复合材料具有 良好的机械和物理性能；有效地避免了传统外加法制备复合材料时，增强相的尺寸受 限制、增强相与基体结合不好、增强相分布不均匀等问题。本专利技术在不改变原有搅拌铸造设备和工艺流程的条件下简捷地制备出原位镁基复 合材料；并且镁合金内部自生成的AlN陶瓷相弹性模量为310GPa，远高于镁铝合金的 弹性模量45GPa,能显著提高复合材料的弹性模量；而且自生成的A1N陶瓷相具有密排六方结构(晶格常数为a: 0.3113nm c: 0. 4981nm)与镁的晶体结构相同并且晶格 常数(a: 0.3202nm c: 0. 5199nm)相近，容易形成好的界面结构(如共格或半共格界 面)，从而可制备出物理和机械性能优越的镁基复合材料。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的 实施例。实施例一在10volJSF6+90vol.。/。C02混合气体保护的条件下，将纯镁(90. 6wt.%)和纯铝 (3. 3wt. %)在680°C完全熔化，然后把用铝箔包好的Mg3N2 (6. lwt. %)粉末压入熔体中， Mg3N2粉末的颗粒尺寸为20u m。并继续保温60分钟，保证Mg3N2粉末与熔体中Al完全 反应，保温完成后用石墨圆盘搅拌熔体，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为IO分钟。 最后捞去表面的浮渣后浇铸于金属模具中凝固后得到5vol. %AlN/pure Mg复合材料。 所得复合材料的密度为1.78g/cm3,弹性模量为52GPa，拉伸性能为220MPa， 150°C 拉伸性能为180MPa。实施例二在10voUSF6+90voUC02混合气体保护的条件下，将纯镁(76. 7wt.%)和纯铝 (11. lwt. %)在700°C完全熔化，然后把用铝箔包好的Mg3N2 (12. 2wt. %)粉末压入熔体中， Mg3N2粉末的颗粒尺寸为30 u m。并继续保温40分钟，保证Mg3N2粉末与熔体中Al完全 反应，保温完成后用石墨圆盘搅拌熔体，搅拌速度为800r/min，搅拌时间为20分钟。 最后捞去表面的浮渣后浇铸于金属模具中凝固后得到10wt.%AlN/ Mg-5wt.%Al复合材 料。所得复合材料的密度为1.83g/cm3,弹性模量为60GPa，拉伸性能为290MPa， 150。C的拉伸性能为260MPa。实施例三在10volJSF6+90vol.。/。C02混合气体保护的条件下，将纯镁(55. 2wt.%)和纯铝 (20. 4wt. %)在720°C完全熔化，然后把用铝箔包好的Mg3N2 (24. 4wt. %)粉末压入熔体中， Mg3N2粉末的颗粒尺寸为45 u m。并继续保温30分钟，保证Mg具粉末与熔体中Al完全反应，保温完成后用石墨圆盘搅拌熔体，搅拌速度为200r/min，搅拌时间为30分钟。 最后捞去表面的浮渣后浇铸于金属模具中凝固后得到20wtJAlN/ Mg-9wt.%Al复合材 料。所得复合材料的密度为1.92g/cm3,弹性模量为77GPa，拉伸性能为320MPa, 150。C的拉伸性能为290MPa。权利要求1、一种原位自生氮化铝增强镁基复合材料，其特征在于，是由镁合金基体和AlN陶瓷颗粒共同构成，其中镁合金基体的重量百分比含量为80％-95％，AlN陶瓷颗粒重量百分比含量为5％--20％。2、 根据权利要求l所述的原位自生氮化铝增强镁基复合材料，其特征是，所述镁 合金基体中，铝重量百分比含量是0%—9%，余量为Mg。3、 一种如权利要求1所述的原位自生氮化铝增强镁基复合材料的制备方法，其特 征在于，包括如下步骤(1)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种原位自生氮化铝增强镁基复合材料，其特征在于，是由镁合金基体和ＡｌＮ陶瓷颗粒共同构成，其中：镁合金基体的重量百分比含量为８０％－９５％，ＡｌＮ陶瓷颗粒重量百分比含量为５％－－２０％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张荻，张从发，范同祥，曹玮，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。