一种稀土十二硼化物颗粒增强镁基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种稀土十二硼化物颗粒增强镁基复合材料及其制备方法，所述复合材料按质量百分比，组分包括Mg和稀土十二硼化物高熵陶瓷增强颗粒，其中稀土十二硼化物高熵陶瓷颗粒的含量为0.1％

【技术实现步骤摘要】
一种稀土十二硼化物颗粒增强镁基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于合金材料领域，特别涉及一种稀土十二硼化物颗粒增强镁基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]镁合金具备密度小、比强度高、优异的导热导电性能、良好的减震性能和易回收等优点，在航空、航天、汽车、轨道交通等领域具有广泛的应用前景。但镁合金的绝对强度和耐磨偏低，这一缺陷导致镁合金在上述领域需要进行相对运动的零件(例如汽车活塞)应用过程中受到了极大限制。因此如何同时提高镁合金的强度和耐磨性能，对于扩大镁合金的应用具有重要的意义。
[0003]颗粒增强是目前改善镁合金强度和耐磨性能最常用手段之一。常见的增强颗粒有TiB2、Al2O3、TiC、B4C、TiB和SiC等。虽然这些增强颗粒可以有效的改善镁合金材料的相关性能，但上述增强颗粒存在制备工艺复杂、制备成本高及增强颗粒的韧性较差的缺点。高熵陶瓷是由等(近)摩尔的4种及以上阳离子在相同阵点随机分布形成的单相固溶体。高熵陶瓷独特成分比例和晶体结构赋予高熵陶瓷4种核心效应，即热力学上的高熵效应，动力学上迟滞扩散效应、结构上严重的晶格畸变效应和性能上的鸡尾酒效应。在这4种核心效应的共同作用下，使得高熵陶瓷具有高熔点、优异的力学性能、高硬度、比较高的热稳定性等综合特性从而备受关注。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种稀土十二硼化物颗粒增强镁基复合材料及其制备方法，该复合材料克服现有陶瓷增强颗粒制备工艺复杂、制造成本高及颗粒增强复合材料韧性较差的缺点，同时实现改善镁合金的强度和耐磨性能，满足航空、航天、汽车、轨道交通等领域相对运动的零件工艺要求。
[0005]本专利技术提供了一种稀土十二硼化物颗粒增强镁基复合材料，所述复合材料按质量百分比，组分包括Mg和稀土十二硼化物高熵陶瓷增强颗粒，其中稀土十二硼化物高熵陶瓷颗粒的含量为0.1％
‑
40％，余量为Mg和不可避免的杂质，杂质总含量≤0.05％。
[0006]所述稀土十二硼化物高熵陶瓷增强颗粒的化学式为(A
a
B
b
C
c
D
d
E
e
)B
12
；其中，A、B、C、D、E为稀土元素La、Ce、Nd、Gd、Sm、Dy、Ho、Er、Lu、Tm中的至少五种；a、b、c、d和e均在0.05～0.35之间，且a+b+c+d+e＝1。
[0007]所述稀土十二硼化物高熵陶瓷增强颗粒的制备方法包括如下步骤：按照计量配比将稀土氧化物和过量的无定型硼粉混合均匀，置于石墨模具中在真空条件下，反应温度区间为1400
‑
1800℃制备得到块状(A
a
B
b
C
c
D
d
E
e
)B
12
高熵陶瓷粉体，其化学方程式如下：
[0008]aA2O3+bB2O3+cC2O3+dD2O3+eE2O3+2(a+b+c+d+e+12)B＝2(A
a
B
b
C
c
D
d
E
e
)B
12
+(a+b+c+d+e+)
[0009]B2O3；采用手工研磨或者机械研磨的方法将块状(A
a
B
b
C
c
D
d
E
e
)B
12
高熵陶瓷粉体磨成
(A
a
B
b
C
c
D
d
E
e
)B
12
高熵陶瓷颗粒，即稀土十二硼化物高熵陶瓷增强颗粒。
[0010]优选的，所述稀土十二硼化物高熵陶瓷增强颗粒直径在5
‑
500nm之间。
[0011]本专利技术还提供了一种稀土十二硼化物颗粒增强镁基复合材料的制备方法，包括：
[0012](1)按配比，将工业纯镁和预处理之后的稀土十二硼化物高熵陶瓷增强颗粒进行预热烘干；(2)在保护气体条件下，在660
‑
740℃区间将预热烘干后的工业纯镁熔化成纯镁的熔体，之后将纯镁熔体加热到750
‑
760℃，并去除熔体表面浮渣，然后加入预热烘干后的(A
a
B
b
C
c
D
d
E
e
)B
12
高熵陶瓷颗粒，并进行充分搅拌，得到镁基复合材料熔体；
[0013](3)将步骤(2)得到的镁基复合材料熔体降温至690
‑
700℃，静置，浇铸，得到稀土十二硼化物颗粒增强镁基复合材料。
[0014]所述步骤(1)中的稀土十二硼化物高熵陶瓷增强颗粒预处理工艺为：将稀土十二硼化物高熵陶瓷增强颗粒浸泡并在5
‑
20％HF水溶液中搅拌(10
‑
100小时)，之后用蒸馏水将浸泡后的颗粒洗涤干净，并烘干。
[0015]所述步骤(2)中的保护气体为体积比为6:1的CO2和SF6混合气体。
[0016]所述步骤(2)中的搅拌为人工搅拌或机械搅拌，为了保证增强颗粒在熔体中的均匀分布，搅拌时间为10
‑
100分钟。
[0017]所述步骤(3)中的静置时间为15
‑
60分钟。
[0018]所述步骤(3)中的浇铸为浇铸到预热到250
‑
400℃的模具。
[0019]本专利技术还提供了一种稀土十二硼化物颗粒增强镁基复合材料在航空、航天、汽车或轨道交通中的应用。
[0020]有益效果
[0021](1)本专利技术采用硼热还原法制备稀土十二硼化物高熵陶瓷增强颗粒，且反应的稀土氧化物和无定型硼粉都是属于常见化学物质，具有制备工艺简单，成本较低。
[0022](2)本专利技术采用HF水溶液对稀土十二硼化物高熵陶瓷增强颗粒进行表面预处理，可以改善增强颗粒的表面性质，从而改善增强颗粒与基体间的润湿性，达到增强颗粒与基体接触形成的界面结合更牢固，从而提高镁合金韧性、强度和耐磨性能。
[0023](3)本专利技术中在充分的搅拌条件下，可以实现稀土十二硼化物增强颗粒在熔体中均匀分布。由于稀土十二硼化物增强颗粒的熔点高于熔炼温度，因此稀土十二硼化物可以形成优异的异质形核剂有效的细化晶粒，从而达到细化晶粒的效果提高力学性能。同时稀土十二硼化物增
[0024]1/2
[0025]强颗粒具有优异的韧性(K
IC
介于2
‑
6MPa*m之间)和硬度(HV介于36
‑
52GPa)，因此添加稀土十二硼化物增强颗粒可以实现不降低镁合金韧性的同时实现提高材料的强度和耐磨性。
[0026](4)本专利技术的稀土十二硼化物颗粒增强镁基复合材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土十二硼化物颗粒增强镁基复合材料，其特征在于：所述复合材料按质量百分比，组分包括Mg和稀土十二硼化物高熵陶瓷增强颗粒，其中稀土十二硼化物高熵陶瓷颗粒的含量为0.1％
‑
40％，余量为Mg和不可避免的杂质，杂质总含量≤0.05％。2.根据权利要求1所述的一种稀土十二硼化物颗粒增强镁基复合材料，其特征在于：所述稀土十二硼化物高熵陶瓷增强颗粒的化学式为(A
a
B
b
C
c
D
d
E
e
)B
12
；其中，A、B、C、D、E为稀土元素La、Ce、Nd、Gd、Sm、Dy、Ho、Er、Lu、Tm中的至少五种；a、b、c、d和e均在0.05～0.35之间，且a+b+c+d+e＝1。3.根据权利要求2所述的一种稀土十二硼化物颗粒增强镁基复合材料，其特征在于：所述稀土十二硼化物高熵陶瓷增强颗粒的制备方法包括如下步骤：按照计量配比将稀土氧化物和过量的无定型硼粉混合均匀，置于石墨模具中在真空条件下，反应温度区间为1400
‑
1800℃制备得到块状(A
a
B
b
C
c
D
d
E
e
)B
12
高熵陶瓷粉体；采用手工研磨或者机械研磨的方法将块状(A
a
B
b
C
c
D
d
E
e
)B
12
高熵陶瓷粉体磨成(A
a
B
b
C
c
D
d
E
e
)B
12

【专利技术属性】
技术研发人员：郑兴伟，梁拥成，张家华，李迎，张国军，茹虹，蔡小芝，杜小琪，
申请(专利权)人：江苏万瑞高新材料科技有限公司无锡华能装备科技有限公司江苏省锡山中等专业学校，
类型：发明
国别省市：