【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于镁合金铸锭制备，具体涉及一种纳米颗粒增强镁基复合材料的制备方法。
技术介绍
1、纳米颗粒在镁基体内部的分散性是决定镁基复合材料性能的关键因素，因此，如何实现纳米增强颗粒的高效引入和均匀分散是制备高性能镁基复合材料需要突破的重难点。由于镁合金熔体表面张力较大，纳米颗粒与其润湿角呈钝角，两者润湿性差，难以实现高效引入；同时纳米级别的增强颗粒比表面能大，颗粒之间存在较强的范德华力，容易发生偏聚与团簇，难以在基体中实现均匀分散。
2、现有方案中，文献cn116254435a提供了一种纳米sic颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其通过对纳米sic颗粒与微米铝粉混合进行球磨处理，再将得到中间合金粉末引入镁熔体内部。然而，该方案仅适用于含铝的镁铝基合金，而且粉末球磨工序繁琐，生产成本高，有效引入的纳米颗粒含量有限，不适用于大批量的工业化生产。文献cn115491568b公开了sic颗粒增强镁基复合材料的制备方法，该方法为了省去往镁合金熔体中加入sic颗粒的步骤，直接将sic颗粒与镁合金块同时放入预热至400℃的坩埚中加热，待镁合金熔化后开始扒渣，然后再降温进行机械搅拌。但是，该方法并不适用于纳米sic颗粒的引入，由于纳米sic颗粒与镁合金熔体具有极强的界面能，在合金熔化的过程中，大部分纳米sic颗粒会团聚漂浮至熔体表面，扒渣时会将大部分纳米sic颗粒带出，急剧降低了纳米sic颗粒的有效加入量，同时在预热至400℃的坩埚中铺设纳米sic颗粒和镁合金片块，对于大吨位镁基复合材料制备来说操作难度大，生产效率低。
技术实现思路
1、至少为了解决
技术介绍
中提到的技术问题，本专利技术目的在于提供一种纳米颗粒增强镁基复合材料的制备方法。
2、本专利技术采用了如下技术方案。
3、一种纳米颗粒增强镁基复合材料的制备方法，步骤包括：
4、步骤1，根据熔炼质量占比，称取对应重量的基体合金和纳米增强颗粒，将纳米颗粒在150-200℃的温度区间内进行烘烤，去除水分；
5、步骤2，将基体合金原料加入坩埚中，开启氩气保护，将气源压力设为0.01~0.02mpa，使原料在氩气保护环境下随炉加热熔化；其中，坩埚内腔呈上粗下细的锥台形结构；
6、步骤3，待基体合金完全熔化后，调节气源压力为0.1~0.3mpa，对熔体进行净化处理，并继续通氩气，净化完成后调节气源压力为0.01~0.02mpa，然后将熔体表面的渣清除干净；
7、步骤4，对熔体进行降温，使熔体降温至半固态，然后采用搅拌器持续搅拌半固态熔体，并将氩气和纳米颗粒从多个角度均匀喷进熔体内部；
8、步骤5，待纳米颗粒全部加入后，开始对熔体升温，将氩气压力调为0.01~0.02mpa，同时将搅拌器转速调为300~500r/min，接着正向搅拌5~10min、反向搅拌5~10min，搅拌完成后移出搅拌器；
9、步骤6，待熔体至液态后，采用超声处理设备对熔体进行分区超声振动处理，振动功率为2~3kw，频率为15~30khz，处理时间为10~20min；
10、步骤7，将熔体升温至浇注温度，然后浇注到预热后的模具中，定向凝固得到纳米颗粒增强镁基复合材料铸锭。
11、作为优选方案，步骤4中，搅拌速率控制为900~1200r/min。
12、为了在熔体中更顺利地引入纳米增强颗粒，搅拌器底端的搅拌叶与坩埚内腔壁面贴靠或者靠近，坩埚内腔底部所在的壁面为圆弧形结构。
13、为了更高效、更顺利且快速地实现纳米增强颗粒的均匀引入，并进一步实现纳米增强颗粒的均匀分散，坩埚内壁与坩埚轴线之间的夹角为15~30°。
14、进一步地，沿着搅拌器的搅拌轴长度方向，设置有若干间隔布置的搅拌叶。
15、作为优选方案，在坩埚内壁设置有气粉输送管路，气粉输送管路末端位于搅拌器底端附近，在气粉输送管路末端设置有用于喷射氩气和纳米颗粒的多孔分散蓬头。
16、进一步地，坩埚外围设置有保温层，坩埚内设置有热电偶，对称布置的第一气粉输送管路和第二气粉输送管路均连接气源系统，第一气粉输送管路上设置有两套阀门和料罐，料罐安装在支撑架上，第二气粉输送管路上设置有四套阀门，位于料罐下游的第一气粉输送管路与第二气粉输送管路通过短管接通。
17、作为优选方案，多孔分散蓬头斜向上布置。
18、有益效果：本专利技术巧妙地实现了以低成本的方式在镁基体中快速、顺利、均匀地引入纳米颗粒，特别是搅拌过程中的纳米颗粒能够快速、顺利地沿着呈倒锥台形结构的半固态熔体上移并均匀扩散，其运行方式类似于“龙卷风”中的砂粒运动；本专利技术将氩气与纳米颗粒采用固气混合的方式喷入高速搅拌半固态熔体内，还利用高剪切、高粘态的熔体捕获分散喷出的纳米颗粒，不仅能够防止熔体的氧化，而且能够除去熔体中的气体和夹渣，还能够实现高含量纳米颗粒在大吨位镁基体中的高效引入。
19、本专利技术中，将纳米颗粒输送至较佳引入位置，能在输送过程中对纳米颗粒进行快速加热，减小颗粒与半固态熔体的温度梯度，进一步提升了纳米颗粒和半固态熔体之间的润湿性，且有效避免了纳米颗粒漂浮与团聚现象；采用本专利技术的方案，解决了纳米颗粒带来的粉尘问题，所得材料/铸锭性能优异，实现了大吨位镁基复合材料的绿色、高效和低成本制造，同时具有劳动强度低，易于实施等优点。
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1.一种纳米颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4中，搅拌速率控制为900~1200r/min。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：搅拌器底端的搅拌叶与坩埚内腔壁面贴靠或者靠近，坩埚内腔底部所在的壁面为圆弧形结构。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：坩埚内壁与坩埚轴线之间的夹角为25~40°。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：沿着搅拌器的搅拌轴长度方向，设置有若干间隔布置的搅拌叶。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：在坩埚内壁设置有气粉输送管路，气粉输送管路末端位于搅拌器底端附近，在气粉输送管路末端设置有用于喷射氩气和纳米颗粒的多孔分散蓬头。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：纳米增强颗粒采用平均粒径为70nm的SiC颗粒。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：坩埚外围设置有保温层，坩埚内设置有热电偶，对称布置的第一气粉输送管路和第二气粉输送管路均连接气
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：多孔分散蓬头斜向上布置。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4中，搅拌速率控制为900~1200r/min。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：搅拌器底端的搅拌叶与坩埚内腔壁面贴靠或者靠近，坩埚内腔底部所在的壁面为圆弧形结构。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：坩埚内壁与坩埚轴线之间的夹角为25~40°。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：沿着搅拌器的搅拌轴长度方向，设置有若干间隔布置的搅拌叶。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：在坩埚内壁设置有气...
【专利技术属性】
技术研发人员：李明，姚梦龄，夏祥生，刘鹏，高诗情，张菲玥，杜传航，万元元，陈强，赵祖德，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团西南技术工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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