本发明专利技术一种利用回收的硅粉制备Mg2Si/Mg复合材料的方法，其特征是：将实验所需的坩埚放入烘箱中烘干，镁合金放入井式炉中加热，同时通入SF6+CO2混合的气体保护，加热1～3小时至750℃～1100℃使镁合金熔化，二氧化硅含量为70～75％工业粉尘硅粉放入水中硅粉用铝箔包裹加入，加入硅粉的重量百分比占镁合金重量.25％～5.75％；搅拌，使镁合金和硅粉充分反应；进行变质处理、自然降温，将熔体浇于预热的金属型中，预热温度100℃～400℃，在整个搅拌铸造过程中，须持续通保护气体，即得本发明专利技术Mg2Si/Mg复合材料，本发明专利技术采用工业粉尘硅粉作为硅源，通过搅拌铸造法实现镁和硅粉的原位化学反应，工艺方法简单，制备成本低，制备出的Mg2Si/Mg复合材料性能优良的。
【技术实现步骤摘要】
一种利用回收的硅粉制备l^2Si/Mg复合材料的方法
本专利技术属于材料制备
，涉及硅粉综合利用制备Mg2Si/Mg复合材料。技术背景钢铁和原镁生产中需要大量使用硅铁，生产硅铁产生的粉尘行业上称为硅粉，主要成分是二氧化硅，被认为是一种工业废弃物，严重污染了环境，因而硅粉的回收以及资源化利用具有十分重要的意义，硅粉中的二氧化硅属于无定形物质，活性高、颗粒细小、比表面积大，具有优良的理化性能，因而世界上许多国家对硅粉的再利用进行了大量的研究。早在1947年挪威埃肯公司(ElkemASA)就开始进行微硅粉的生产技术、粉尘处理、分级和应用方面的研究，成为世界上最早开展微硅粉研发的企业，并始终在微硅粉收尘与处理技术上保持领先地位。之后，美国、俄罗斯、日本也开始进行研发应用，并成为微硅粉主要生产国。 目前，硅粉年生产量为美国30万t，俄罗斯7万t，娜威12万t，日本7万t。美国、俄罗斯、挪威等国均有微硅粉造球专利和制球设备。我国对微硅粉的应用研究和回收利用起步较晚，近几年，由于国家对环保的重视， 逐步加强了对污染企业的管理，特别是国内对高强混凝土需求的增加，许多铁合金生产企业配备了收尘设备，并开发、引进了加密技术。我国微硅粉产品发展迅速，在该领域与国外的差距逐步缩小。迫于节能减排的压力，汽车行业对镁合金的需求日趋迫切。由于镁合金存在强度不高(特别是高温强度)，刚度不足等弱点，目前镁合金主要应用于非结构件和非耐热件上，这极大地限制了镁合金在汽车行业的应用。由于含有高刚度和高强度的第二相颗粒，镁基复合材料具有高的刚度、良好的高温强度和抗蠕变能力，是汽车发动机的理想材料。由于Mg2Si具有高熔点(1087°C)、低密度(1.99g/cm3)、高硬度(HV460)、低热膨胀系数 (7. 5 X 10- -1)和高弹性模量(120GPa)等优点，Mg2Si颗粒增强镁基复合材料密度与镁合金相当，但具有更高的刚度、强度和抗蠕变能力，是汽车发动机的首选材料之一。在制备增强镁基复合材料中，普遍使用结晶硅作为硅源。结晶硅材料是全球最主要的光伏材料，随着单晶硅和多晶硅在太阳能电池中广泛运用，硅原料紧缺的状况日益严重。成本是制约镁基复合材料在汽车上应用的最大障碍之一，在制备Mg2Si增强镁基复合材料中如能用硅粉代替结晶硅，不仅可以实现硅粉的资源化利用，而且节约了日益昂贵的硅资源，具有重要的环保、资源和经济价值。硅粉的回收以及资源化利用是国家大力扶持和提倡的项目。对硅粉的资源化利用目前还处于初级阶段，如何高附加值地利用硅粉是硅粉资源化利用的主要技术难点。Mg2Si增强镁基复合材料是汽车发动机的首选材料之一，目前面临的主要技术难点有二 =(I)Mg2Si增强镁基复合材料成本高如何降低Mg2Si增强镁基复合材料的成本是制约其应用的关键之一。O)Mg2Si增强镁基复合材料高温性能的最大化=Mg2Si的形态和分布控制以及尺度的细化，细小均勻分布圆形的Mg2Si可以最大化Mg2Si增强镁基复合材料的高温强度和蠕变抗力。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术难点，利用回收的硅粉与镁合金进行反应，通过搅拌铸造的方法制备低成本高性能Mg2Si增强镁基复合材料。硅粉颗粒和其中的杂质相可以起到异质形核中心的作用，在优化工艺下，实现对Mg2Si的形态、分布和尺度的控制，从而达到优良的高温强度和蠕变抗力；利用工业粉尘硅粉作为反应剂，大幅度降低复合材料的制造成本的一种利用回收的硅粉制备Mg2Si/Mg复合材料的方法。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术采用工业粉尘硅粉作为硅源，通过搅拌铸造法实现镁和硅粉的原位化学反应，制备出了性能优良的M&Si/Mg复合材料。镁合金为AZ系列的镁合金，硅粉为工业粉尘硅粉，其中二氧化硅的含量为70% 75%,复合材料制备是在井式电阻炉中进行，采用SF6+0)2混合的气体保护，其中10%的SF6 和90%的C02，坩埚为钢制坩埚。本专利技术一种利用回收的硅粉制备Mg2Si/Mg复合材料的方法，其特征是(a)、将实验所需的坩埚放入烘箱中烘干，烘箱的温度设置为100°C 400°C ；(b)、将300 420g镁合金AZ91D放入井式炉中加热，同时通入SF6+0)2混合的气体保护，其中10%的SF6和90%的CO2，加热1 3小时至750°C 1100°C使镁合金熔化， 用钢勺刮除表面杂质；(c)将二氧化硅的含量为70% 75%工业粉尘硅粉放入水中，除去水表面的漂浮物，然后滤去水，放入烘干箱中，温度设定为70 85°C，烘干，硅粉用铝箔包裹加入步骤(b) 中熔化的镁合金熔体中，加入的硅粉重量百分比为镁合金AZ91D2重量的2. 5% 5. 75%, 搅拌10 60min，搅拌速度400rpm 900rpm，使镁合金和硅粉充分反应；(d)、变质处理将 2wt%釙元素用铝箔包裹后，用钟罩压入上述步骤 (c)熔体中，搅拌5min 40min ；(e)、自然降温在降温过程中继续搅拌，冷却到650°C 800°C，停止搅拌，将步骤(d)中的熔体浇于预热的金属型中，金属型的预热温度100°C 400°C，在整个搅拌铸造过程中，须持续通保护气体，防止镁暴露在空气中氧化，熔体在金属型中自然冷却到室温， 即得到本专利技术复合材料，Mg2Si/Mg复合材料中各成分的重量百分比含量为 Mg2Si 3. 50% 5. 75%, Mg04. 15% 6. 45%，余量为 87. 80% 92. 35% AZ91 镁合金；(f)、热处理将制备步骤(e)制备好的Mg2Si/Mg复合材料进行T6处理，以获得更高的性能，T6处理工艺为400 440°C保温20 25h，然后淬入20 30°C水中，最后在 200 250°C时效4 8h。利用本专利技术的方法制备的M&Si/Mg复合材料优点如下(1)利用了废弃的硅粉，一方面有利于环境保护，另一方面提升了废弃硅粉的再利用价值；(2)制备的Mg2Si/Mg复合材料性能特点是轻质高强，具有较高的弹性模量: 55. ISGPa而镁合金仅为44. SGPa ；而且强度达到了同类复合材料的上限水平；(3)该复合材料比镁合金具有更好的耐磨性；(4)应用领域主要航空航天等需要轻质高强性能和耐磨性能的领域；(5)制备方法简单。具体实施方式实施例1 镁合金为AZ91D镁合金，硅粉为工业粉尘硅粉，其中二氧化硅的含量为70%，复合材料制备是在井式电阻炉中进行，采用SF6+0)2混合的气体保护，其中10%的SF6和90%的 C02，坩埚为钢制坩埚。Mg2Si/Mg复合材料的制备方法如下(a)、将实验所需的坩埚放入烘箱中烘干，烘箱的温度设置为400°C ；(b)、将AZ91D镁合金340g放入井式炉中加热，同时通入保护气体，加热2. 5小时至950°C使镁合金熔化，用钢勺刮除表面杂质；(C)、工业粉尘硅粉放入水中，除去水表面的漂浮物，然后滤去水，放入温度70°C 烘干箱中烘干，将11. 05g硅粉用铝箔包裹加入到镁合金熔体中，搅拌20min，搅拌速度 400rpm，使镁合金和硅粉充分反应；(d)、变质处理将3. 51gSb元素用铝箔包裹后，用钟罩压入上述步骤(c)的熔体中，搅拌5min;(e)、自然降温在降温过程中继续搅拌，冷却到6本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高平，杨春霞，狄石磊，张文波，郭永亮，邸建辉，张建华，李进军，王强，
申请(专利权)人：内蒙古五二特种材料工程技术研究中心，
类型：发明
国别省市：
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