镁基复合材料及其制备方法和应用技术

本申请涉及镁基复合材料及其制备方法和应用。镁基复合材料包括增强颗粒，且该制备方法包括如下步骤：S10：按镁基复合材料的组成提供金属原料，将除增强颗粒之外的金属原料混合，加热至熔化，再于低频感应条件下混合，得到混合液。S20：向混合液中加入精炼剂，于低频感应条件下混合并进行精炼，得到精炼熔体。S30：向精炼熔体中加入增强颗粒形成混合熔体，于低频感应条件下搅拌混合，得到增强熔体，搅拌混合包括第一方式搅拌、第二方式搅拌和第三方式搅拌中的至少一种；步骤S10、步骤S20和步骤S30中的低频感应条件的频率为20Hz～200Hz。S40：使增强熔体成型，得到镁基复合材料。该方法能够提高制品中组分分布均匀性，从而可进一步提升其综合性能。升其综合性能。升其综合性能。

【技术实现步骤摘要】
镁基复合材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及金属复合材料领域，特别是涉及一种镁基复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着航天航空、轨道交通等领域轻量化趋势的增长，高性能镁合金已成为先进材料
研究和应用的重点。但是，镁合金强度低、塑性和耐热性差，制约了其大规模的应用。通过外加强化颗粒制备的镁基复合材料，不仅能够克服上述问题，还可改善材料的耐磨损和电磁屏蔽等性能，具有广阔的应用前景。
[0003]目前，镁基复合材料的制备方法主要有：搅拌铸造法、粉末冶金法、熔体浸渗法、原位反应自生成法以及喷射沉积法。其中，搅拌铸造法因所需设备简单、成本低、效率高等优点，更适合于规模化的生产。通常搅拌铸造法需要通过外加搅拌桨进行机械搅拌，然而搅拌桨易破坏熔体的保护层，造成二次污染、原料氧化烧损及气孔缺陷等问题。此外，搅拌桨的搅拌力分布不均，易导致外加强化颗粒严重团聚，故所制备的材料质量较差。
[0004]为了解决传统搅拌铸造法存在的上述问题，技术人员主要从以下两方面进行改进：一方面是改变熔体搅拌方式，比如对搅拌桨进行改进，并开发出了电磁感应搅拌和超声分散搅拌等不使用外加搅拌桨的搅拌方式。另一方面是改善外加强化颗粒的形态及分布，比如对强化颗粒进行预处理、改进强化颗粒的加入方式。但上述搅拌方式仍无法达到理想的搅拌状态，对强化颗粒形态的优化也难以将其分散均匀，故而传统的镁基复合材料仍存在强化相分布不均的问题。此外，相较于其他镁基复合材料，含中、重稀土元素或者锆颗粒细化的镁基复合材料，成分偏析问题更加严重。
[0005]因此，如何改善镁基复合材料中组分分布的均匀性成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]基于此，有必要提供一种组分分布均匀的镁基复合材料及其制备方法和应用。
[0007]本申请的第一方面，提供了一种镁基复合材料的制备方法，镁基复合材料包括增强颗粒，制备方法包括如下步骤：
[0008]S10：按镁基复合材料的组成提供金属原料，将除增强颗粒之外的金属原料混合，加热至熔化，再于低频感应条件下混合，得到混合液；
[0009]S20：向混合液中加入精炼剂，于低频感应条件下混合并进行精炼，得到精炼熔体；
[0010]S30：向精炼熔体中加入增强颗粒形成混合熔体，于低频感应条件下搅拌混合，得到增强熔体，搅拌混合包括第一方式搅拌、第二方式搅拌和第三方式搅拌中的至少一种；步骤S10、步骤S20和步骤S30中的低频感应条件的频率为20Hz～200Hz；
[0011]S40：使增强熔体成型，得到镁基复合材料；
[0012]其中，第一方式搅拌用于使混合熔体形成中间向下且侧边向上的两侧双循环流动；第二方式搅拌用于使上部的混合熔体形成中间向上且侧边向下的两侧双循环流动，以
及使下部的混合熔体形成中间向下且侧边向上的两侧双循环流动；第三方式搅拌用于使混合熔体形成中间向上且侧边向下的两侧双循环。
[0013]上述镁基复合材料的制备方法中，首先于低频感应条件下进行熔炼和精练，能够使金属原料和精炼剂均匀分布，提升熔炼和精炼效果；随后在低频感应条件并配合特定的搅拌方式，使增强颗粒均匀分散于混合熔体中，由此不仅改善了镁基复合材料中合金成分的偏析问题，而且可有效缓解增强颗粒的团聚，提高了镁基复合材料中组分分布均匀性，从而可进一步提升制品的综合性能。此外，相较于传统的机械搅拌，本制备方法所采用的电磁感应搅拌能够避免二次污染及气体卷入等问题，减少制品中的杂质和气孔。
[0014]在其中一些实施例中，增强颗粒选自SiC、Ti、TiC、TiB2和B4C中的至少一种；
[0015]镁基复合材料包括如下组分：2.0wt％～5.0wt％的金属元素A、0.03wt％～0.5wt％的金属元素B、1.0wt％～4.0wt％的Sm、0.3wt％～0.6wt％的Zr、1.0wt％～8.0wt％的增强颗粒、0～0.02wt％的不可避免的杂质元素和余量的Mg，金属元素A选自Y、Gd和Nd中的至少一种，金属元素B选自La和Sr中的至少一种。
[0016]在其中一些实施例中，当金属元素B为La时，La的质量百分比含量为0.1wt％～0.5wt％；
[0017]当金属元素B为Sr时，Sr的质量百分比含量为0.03wt％～0.5wt％；
[0018]当金属元素B为La和Sr时，La的质量百分比含量为0.1wt％～0.5wt％，Sr的质量百分比含量为0.03wt％～0.5wt％，且两者的质量百分比含量之和为0.03wt％～0.5wt％。
[0019]在其中一些实施例中，在步骤S30中，搅拌混合包括第一方式搅拌、第二方式搅拌和第三方式搅拌中的至少两种。
[0020]在其中一些实施例中，在步骤S30中，搅拌混合包括依次循环进行的第一方式搅拌、第二方式搅拌和第三方式搅拌。
[0021]在其中一些实施例中，在步骤S10中，混合所采用的搅拌包括第一方式搅拌、第二方式搅拌和第三方式搅拌中的至少一种。
[0022]在其中一些实施例中，在步骤S20中，混合所采用的搅拌包括第一方式搅拌、第二方式搅拌和第三方式搅拌中的至少一种。
[0023]在其中一些实施例中，在步骤S20中，精炼剂置于第一预制件后再加入到所述混合液中，第一预制件由金属镁制成。
[0024]在其中一些实施例中，在步骤S30中，增强颗粒置于第二预制件后再加入到混合熔体中，第二预制件由金属镁制成。
[0025]在其中一些实施例中，在步骤S10中，混合所采用的搅拌包括第一方式搅拌，且在步骤S20中，精炼剂在所述第一方式搅拌下加入。
[0026]在其中一些实施例中，在步骤S20中，混合所采用的搅拌包括第一方式搅拌，且在步骤S30中，增强颗粒在所述第一方式搅拌下加入。
[0027]在其中一些实施例中，步骤S10包括如下步骤：
[0028]S101：将金属原料中的金属镁于高频感应条件下加热至熔化，得到金属镁液，其中高频感应条件的频率为1000Hz～4000Hz；
[0029]S102：向金属镁液中加入金属原料中除金属镁和增强颗粒之外的金属原料，再于低频感应条件下混合，制备所述混合液。
[0030]本申请的第二方面，本申请提供了一种采用第一方面的镁基复合材料的制备方法制得镁基复合材料。
[0031]本申请的第三方面，本申请供了一种采用第二方面的镁基复合材料制成的镁合金制品。
附图说明
[0032]图1为一实施方式中第一方式搅拌的示意图；
[0033]图2为一实施方式中第二方式搅拌的示意图；
[0034]图3为一实施方式中第三方式搅拌的示意图；
[0035]图4为一实施方式中制备第一预制件和第二预制件的示意图，其中a为立体图，b为剖面图，c为分解图；
[0036]图5为另一实施方式中制备第一预制件和第二预制件的示意图，其中e为立体图，f为剖面图；
[0037]图6为实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述镁基复合材料包括增强颗粒，所述制备方法包括如下步骤：S10：按所述镁基复合材料的组成提供金属原料，将除所述增强颗粒之外的金属原料混合，加热至熔化，再于低频感应条件下混合，得到混合液；S20：向所述混合液中加入精炼剂，于所述低频感应条件下混合并进行精炼，得到精炼熔体；S30：向所述精炼熔体中加入所述增强颗粒形成混合熔体，于所述低频感应条件下搅拌混合，得到增强熔体，所述搅拌混合包括第一方式搅拌、第二方式搅拌和第三方式搅拌中的至少一种；步骤S10、步骤S20和步骤S30中的所述低频感应条件的频率为20Hz～200Hz；S40：使所述增强熔体成型，得到镁基复合材料；其中，所述第一方式搅拌用于使所述混合熔体形成中间向下且侧边向上的两侧双循环流动；所述第二方式搅拌用于使上部的所述混合熔体形成中间向上且侧边向下的两侧双循环流动，以及使下部的所述混合熔体形成中间向下且侧边向上的两侧双循环流动；所述第三方式搅拌用于使所述混合熔体形成中间向上且侧边向下的两侧双循环。2.根据权利要求1所述镁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述增强颗粒选自SiC、Ti、TiC、TiB2和B4C中的至少一种；所述镁基复合材料包括如下组分：2.0wt％～5.0wt％的金属元素A、0.03wt％～0.5wt％的金属元素B、1.0wt％～4.0wt％的Sm、0.3wt％～0.6wt％的Zr、1.0wt％～8.0wt％的所述增强颗粒、0～0.02wt％的不可避免的杂质元素和余量的Mg，所述金属元素A选自Y、Gd和Nd中的至少一种，所述金属元素B选自La和Sr中的至少一种。3.根据权利要求2所述镁基复合材料的制备方法，其特征在于，当所述金属元素B为La时，所述La的质量百分比含量为0.1wt％～0.5wt％；当所述金属元素B为Sr时，所述Sr的质量百分比含量为0.03wt％～0.5wt％；当所述金属元素B为La和Sr时，所述La的质量百分比含量为0.1wt％～0.5wt％，所述Sr的质量百分比含量为0.03wt％～0.5wt％，且两者的质量百分比含量之和为0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊爱虎，姚茂海，代旺，罗天纵，吕晶，王靖喜，李杰，许喆，
申请(专利权)人：湖南稀土金属材料研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：