一种纳米钛粒子增强镁基复合材料的制备方法技术

一种纳米钛粒子增强镁基复合材料的制备方法，它涉及一种镁基复合材料的制备方法。本发明专利技术是要解决现有的纳米钛粒子在镁基体中分布不均匀，综合力学性能不佳的技术问题。本发明专利技术：一、基体合金的熔炼与增强体纳米钛粒子的预热；二、半固态搅拌；三、超声处理；四、压铸成型。本发明专利技术包含以下优点：本发明专利技术采用差速正反向搅拌和慢速转动坩埚超声处理制备了纳米钛粒子增强的高强镁基复合材料，将镁基体合金先升温后降温形成半固态，然后将预热好的纳米钛粒子加入到半固态熔体中通过差速正反向搅拌，搅拌完成后把混合熔体升温到液态进行慢速转动坩埚超声处理，最后压铸成型制备出铸态的镁基复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米钛粒子增强镁基复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种镁基复合材料的制备方法。
技术介绍
常用的镁基复合材料的增强体颗粒有TiC、SiC、B4C、Ti、Y2O3、TiO2和Al2O3等，这些增强体颗粒中有些与镁合金基体的润湿性差，而有些润湿性较好，其中纳米钛粒子的生物相容性很好，但是现有的纳米钛粒子在镁基体中分布不均匀，导致增强体的增强效果不理想，综合力学性能不佳。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的纳米钛粒子在镁基体中分布不均匀，导致增强体的增强效果不理想，综合力学性能不佳的技术问题，而提供一种纳米钛粒子增强镁基复合材料的制备方法。本专利技术的一种纳米钛粒子增强镁基复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、基体合金的熔炼与增强体纳米钛粒子的预热：将镁合金放入坩埚中，然后在温度为720℃～800℃的条下熔炼成液态镁合金；同时将纳米钛粒子在温度为150℃～250℃的条件下预热20min～40min；二、半固态搅拌：将步骤一中的液态镁合金的温度下降至620℃～660℃，得到半固态镁合金，在差速正反向搅拌和镁合金半固态的条件下将步骤一中预热的纳米钛粒子加入到半固态镁合金中，然后在差速正反向搅拌和镁合金半固态的条件下继续搅拌20min～30min，得到半固态混合熔体；所述的步骤一中预热的纳米钛粒子与半固态镁合金的质量比为(0.005～0.006):1；所述的差速正反向搅拌的过程为：坩埚以10r/min～20r/min的速度自转，同时以40r/min～50r/min的速度搅拌坩埚中的物质，且坩埚的转动方向与搅拌坩埚中的物质的方向相反；三、超声处理：将步骤二中得到的半固态混合熔体升温至720℃～800℃，得到液态镁基复合材料，在坩埚的自转速度为10r/min～20r/min、温度为720℃～800℃和超声波功率为1000W～1400W的条件下超声液态镁基复合材料20min～30min；四、压铸成型：将步骤三超声后的液态镁基复合材料倒入温度为400℃～500℃的模具中，在温度为400℃～500℃和压力为300N～500N的条件下保压10s进行第一级热压；在温度为400℃～500℃和压力为500N～800N的条件下保压180s进行第二级热压，自然冷却，获得铸态的纳米钛粒子增强镁基复合材料。本专利技术包含以下优点：本专利技术采用差速正反向搅拌和慢速转动坩埚超声处理制备了纳米钛粒子增强的高强镁基复合材料，将镁基体合金先升温后降温形成半固态，然后将预热好的纳米钛粒子加入到半固态熔体中通过差速正反向搅拌，搅拌完成后把混合熔体升温到液态进行慢速转动坩埚超声处理，最后压铸成型制备出铸态的镁基复合材料。(1)本专利技术在制备过程中要对纳米钛粒子进行预热烘干，预热温度为150℃～250℃，预热时间为20min～40min，这样既可以减少吸附在颗粒表面的气体量，提高颗粒与镁基体合金间的润湿性，有利于颗粒的分散，又不至于使得纳米钛粒子氧化严重；(2)本专利技术通过差速正反向搅拌和慢速转动坩埚超声处理的方法使得纳米钛粒子可以更加均匀的分布于镁基体合金中；(3)本专利技术可以制备增强体纳米钛粒子分布非常均匀的镁基复合材料，复合材料的抗拉强度达到147MPa，屈服强度达到112MPa，伸长率达到3.3％。附图说明图1是试验一的步骤二中差速正反向搅拌所用的装置的示意图；图2为本试验得到的纳米钛粒子增强镁基复合材料的光学显微镜照片；图3是镁合金的光学显微镜照片；图4为拉伸曲线。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式为一种纳米钛粒子增强镁基复合材料的制备方法，具体是按以下步骤进行的：一、基体合金的熔炼与增强体纳米钛粒子的预热：将镁合金放入坩埚中，然后在温度为720℃～800℃的条下熔炼成液态镁合金；同时将纳米钛粒子在温度为150℃～250℃的条件下预热20min～40min；二、半固态搅拌：将步骤一中的液态镁合金的温度下降至620℃～660℃，得到半固态镁合金，在差速正反向搅拌和镁合金半固态的条件下将步骤一中预热的纳米钛粒子加入到半固态镁合金中，然后在差速正反向搅拌和镁合金半固态的条件下继续搅拌20min～30min，得到半固态混合熔体；所述的差速正反向搅拌的过程为：坩埚以10r/min～20r/min的速度自转，同时以40r/min～50r/min的速度搅拌坩埚中的物质，且坩埚的转动方向与搅拌坩埚中的物质的方向相反；三、超声处理：将步骤二中得到的半固态混合熔体升温至720℃～800℃，得到液态镁基复合材料，在坩埚的自转速度为10r/min～20r/min、温度为720℃～800℃和超声波功率为1000W～1400W的条件下超声液态镁基复合材料20min～30min；四、压铸成型：将步骤三超声后的液态镁基复合材料倒入温度为400℃～500℃的模具中，在温度为400℃～500℃和压力为300N～500N的条件下保压10s进行第一级热压；在温度为400℃～500℃和压力为500N～800N的条件下保压180s进行第二级热压，自然冷却，获得铸态的纳米钛粒子增强镁基复合材料。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的镁合金为微合金化的Mg-Zn系合金。其他与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中同时将纳米钛粒子在温度为200℃的条件下预热30min。其他与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述的差速正反向搅拌的过程为：坩埚以10r/min的速度自转，同时以45r/min的速度搅拌坩埚中的物质，且坩埚的转动方向与搅拌坩埚中的物质的方向相反。其他与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤三中将步骤二中得到的半固态混合熔体升温至720℃，得到液态镁基复合材料，在坩埚的自转速度为10r/min、温度为720℃和超声波功率为1200W的条件下超声液态镁基复合材料25min。其他与具体实施方式四相同。用以下试验对本专利技术进行验证：试验一：本试验为一种纳米钛粒子增强镁基复合材料的制备方法，具体是按以下步骤进行的：一、基体合金的熔炼与增强体纳米钛粒子的预热：将930g的镁合金放入坩埚中，然后在温度为760℃的条下熔炼成液态镁合金；同时将5g的纳米钛粒子在温度为200℃的条件下预热30min；步骤一中所述的镁合金为Mg-0.4Zn-0.4Sr-0.2Ca合金；所述的纳米钛粒子的粒径为80nm；二、半固态搅拌：将步骤一中的液态镁合金的温度下降至645℃，得到半固态镁合金，在差速正反向搅拌和镁合金半固态的条件下将步骤一中预热的纳米钛粒子加入到半固态镁合金中，然后在差速正反向搅拌和镁合金半固态的条件下继续搅拌30min，得到半固态混合熔体；所述的差速正反向搅拌的过程为：坩埚以10r/min的速度自转，同时以45r/min的速度搅拌坩埚中的物质，且坩埚的转动方向与搅拌坩埚中的物质的方向相反；三、超声处理：将步骤二中得到的半固态混合熔体升温至720℃，得到液态镁基复合材料，在坩埚的自转速度为10r/min、温度为720℃和超声波功率为1200W的条件下超声液态镁基复合材料30min；四、压铸成型：将步骤三超声后的液态镁基复合材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米钛粒子增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于纳米钛粒子增强镁基复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、基体合金的熔炼与增强体纳米钛粒子的预热：将镁合金放入坩埚中，然后在温度为720℃～800℃的条下熔炼成液态镁合金；同时将纳米钛粒子在温度为150℃～250℃的条件下预热20min～40min；二、半固态搅拌：将步骤一中的液态镁合金的温度下降至620℃～660℃，得到半固态镁合金，在差速正反向搅拌和镁合金半固态的条件下将步骤一中预热的纳米钛粒子加入到半固态镁合金中，然后在差速正反向搅拌和镁合金半固态的条件下继续搅拌20min～30min，得到半固态混合熔体；所述的差速正反向搅拌的过程为：坩埚以10r/min～20r/min的速度自转，同时以40r/min～50r/min的速度搅拌坩埚中的物质，且坩埚的转动方向与搅拌坩埚中的物质的方向相反；三、超声处理：将步骤二中得到的半固态混合熔体升温至720℃～800℃，得到液态镁基复合材料，在坩埚的自转速度为10r/min～20r/min、温度为720℃～800℃和超声波功率为1000W～1400W的条件下超声液态镁基复合材料20min～30min；四、压铸成型：将步骤三超声后的液态镁基复合材料倒入温度为400℃～500℃的模具中，在温度为400℃～500℃和压力为300N～500N的条件下保压10s进行第一级热压；在温度为400℃～500℃和压力为500N～800N的条件下保压180s进行第二级热压，自然冷却，获得铸态的纳米钛粒子增强镁基复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米钛粒子增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于纳米钛粒子增强镁基复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、基体合金的熔炼与增强体纳米钛粒子的预热：将镁合金放入坩埚中，然后在温度为720℃～800℃的条下熔炼成液态镁合金；同时将纳米钛粒子在温度为150℃～250℃的条件下预热20min～40min；二、半固态搅拌：将步骤一中的液态镁合金的温度下降至620℃～660℃，得到半固态镁合金，在差速正反向搅拌和镁合金半固态的条件下将步骤一中预热的纳米钛粒子加入到半固态镁合金中，然后在差速正反向搅拌和镁合金半固态的条件下继续搅拌20min～30min，得到半固态混合熔体；所述的差速正反向搅拌的过程为：坩埚以10r/min～20r/min的速度自转，同时以40r/min～50r/min的速度搅拌坩埚中的物质，且坩埚的转动方向与搅拌坩埚中的物质的方向相反；三、超声处理：将步骤二中得到的半固态混合熔体升温至720℃～800℃，得到液态镁基复合材料，在坩埚的自转速度为10r/min～20r/min、温度为720℃～800℃和超声波功率为1000W～1400W的条件下超声液态镁基复合材料20min～30min；四、压铸成型：将步骤三超声后...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂凯波，韩俊刚，邓坤坤，朱智浩，杨安，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14