專利名稱：準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料，尤其是一種準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，屬于復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和制造類領(lǐng)域。
準(zhǔn)晶屬于新興材料，同超導(dǎo)體一道被列為80年代凝聚態(tài)物理兩大重大進(jìn)展，不僅帶來了傳統(tǒng)晶體學(xué)的一場革命，而且對材料科學(xué)的各個領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。經(jīng)過十余年的研究，人們已經(jīng)基本了解該材料的結(jié)構(gòu)、制備和性能，初步認(rèn)識到其應(yīng)用潛力。如法國學(xué)者研制出準(zhǔn)晶不粘鍋，近期的研究成果又揭示出準(zhǔn)晶作為隔熱、儲氫和吸收太陽能材料的前景。準(zhǔn)晶材料具有較高的硬度、低的摩擦系數(shù)、不粘性、耐蝕、耐熱、耐磨等良好的綜合性能，這些性能與陶瓷相似，可以作為復(fù)合材料增強(qiáng)相。日本學(xué)者制備出數(shù)微米大小的準(zhǔn)晶粉末，然后按適當(dāng)比例均勻混合Al粉(＜0.2mm)和準(zhǔn)晶粉，再進(jìn)行熱壓，含25％準(zhǔn)晶的材料具有最佳硬度，達(dá)1200N·mm-2。準(zhǔn)晶從結(jié)構(gòu)角度看是一種新的物質(zhì)形態(tài)，但實(shí)質(zhì)上它們僅在特定的金屬合金中形成，是成分范圍較窄的金屬間化合物，所以與鋁、鎂等金屬有較好的相容性和浸潤性，這對于簡化顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的制備工藝是至關(guān)重要的。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索，發(fā)現(xiàn)美國愛荷華州立大學(xué)能源部Ames實(shí)驗(yàn)室的Suleyman B.Biner等人申報(bào)了“霧化準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料及該材料的制備方法”的發(fā)明專利(美國專利5851317申請日為Dec.22，1998)。該發(fā)明采用AlCuFe準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鋁及鋁合金，得到顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。其中，準(zhǔn)晶顆粒由霧化方法制得，顆粒尺寸1-100μm。該復(fù)合材料可以采用熱等靜壓、熱壓、冷壓等各種壓縮方法制備，增強(qiáng)顆粒的體積分?jǐn)?shù)為5-70％。但該發(fā)明的基體材料是僅考慮鋁及鋁合金，沒有考慮鎂及鎂合金準(zhǔn)晶顆粒僅采用霧化方法制得，沒有考慮機(jī)械粉碎方法；復(fù)合材料的制備僅采用固體壓縮方法，而沒有考慮液態(tài)攪拌凝固方法。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，特別是擴(kuò)大了準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料設(shè)計(jì)和制造的范圍，提出了一種準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。
本發(fā)明的技術(shù)方案和發(fā)明內(nèi)容如下本發(fā)明選用AlCuFe準(zhǔn)晶顆粒作為鎂合金基體增強(qiáng)材料，AlCuFe準(zhǔn)晶除具有準(zhǔn)晶材料的優(yōu)良性能以外，同時其成分為三種最常用金屬，原料來源豐富；AlCuFe準(zhǔn)晶在熱力學(xué)上穩(wěn)定，屬于穩(wěn)定準(zhǔn)晶，可以用任何一種常規(guī)合金制備方法來制備，只要熔化成分準(zhǔn)確的合金料，澆鑄成型，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚砑纯?，所以AlCuFe準(zhǔn)晶的制備也是很方便的。本發(fā)明的基體材料成分選擇如下MgaAlbXcMd，其中a+b+c+d＝100表示重量百分比，80≤a≤100，0≤b≤15，0≤c≤3，0≤d≤2，X表示Mn，Zn的一種或兩種；M表示Ce，Zr，Cu，Ni，Si，F(xiàn)e，Be中的至少一種，本發(fā)明的增強(qiáng)材料選用AlCuFe準(zhǔn)晶顆粒，準(zhǔn)晶顆粒在復(fù)合材料中的體積百分比即體積分?jǐn)?shù)≤50％，顆粒的直徑即粒子尺度≤100μm。其準(zhǔn)晶成分選擇如下原子百分比AlaCubFec，其中a+b+c＝100表示原子百分比，60≤a≤66，22≤b≤27，11≤c≤15。
以下根據(jù)上述基體材料成分和準(zhǔn)晶顆粒成分的選擇，分別提供本發(fā)明三種組分的實(shí)施例基體成分(重量百分比)No.1 100％MgNo.2 89％Mg，9.0％Al，0.5％Mn，0.5％Zn，0.5％Si，0.3％Cu，0.1％Ni，0.1％Fe
No.3 80％Mg，15.0％Al，1.6％Mn，1.4％Zn，1.0％Si，0.5％Cu，0.3％Ni，0.2％Fe準(zhǔn)晶顆粒成分(原子百分比)63％Al，25％Cu，12％Fe準(zhǔn)晶材料采用真空熔煉后于800℃進(jìn)行24小時加熱處理。采用機(jī)械粉碎方法制成約50μm的準(zhǔn)晶顆粒。
采用攪拌鑄造方法，將一定量的準(zhǔn)晶顆粒加入氬氣氛保護(hù)下的700℃熔融鎂合金中，攪拌約10分鐘后澆鑄成錠。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，現(xiàn)選用AZ91鎂合金和AZ91-13％SiCP復(fù)合材料進(jìn)行對比，SiCP的下標(biāo)P表示顆粒，顆粒大小約為20μm左右，AZ91鎂合金的化學(xué)成分為8.1-9.3％Al，0.13％Mn，0.40-1.0％Zn，≤0.30％Si，≤0.10％Cu，≤0.01％Ni，≤0.30％其他元素，其余為Mg。本發(fā)明與AZ91鎂合金相比可以顯著提高基體的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和熱穩(wěn)定性，同時具有細(xì)化晶粒作用。與陶瓷顆粒增強(qiáng)AZ91鎂基復(fù)合材料相比，在保持其優(yōu)點(diǎn)的同時，還具有不損害韌性，材料的制備、加工相對簡單，回收利用方便，不會增加環(huán)境的負(fù)荷的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明中準(zhǔn)晶顆粒的體積分?jǐn)?shù)為15％，經(jīng)410℃1小時熱處理后測試其性能，其性能和效果指標(biāo)對比如下
權(quán)利要求
1.一種準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，其特征在于以粒子尺度小于100μm的AlCuFe準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基合金，增強(qiáng)顆粒的體積分?jǐn)?shù)≤50％，準(zhǔn)晶成分為AlaCubFec，其中a+b+c＝100為原子百分比，60≤a≤66，22≤b≤27，11≤c≤15，基體材料成分為MgaAlbXcMd，其中a+b+c+d＝100為重量百分比，80≤a≤100，0≤b≤15，0≤c≤3，0≤d≤2，X表示Mn，Zn的一種或兩種，M表示Ce，Zr，Cu，Ni，Si，F(xiàn)e，Be中的至少一種。
2.如權(quán)利要求1所述的這種準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，其特征還在于增強(qiáng)材料選用AlCuFe準(zhǔn)晶顆粒，體積分?jǐn)?shù)≤50％，粒子尺度≤100μm。
3.一種準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，其特征在于準(zhǔn)晶材料采用真空熔煉后于800℃進(jìn)行24小時加熱處理，采用機(jī)械粉碎方法制成約50μm的準(zhǔn)晶顆粒，采用攪拌鑄造方法，將一定量的準(zhǔn)晶顆粒加入氬氣氛保護(hù)下的700℃熔融鎂合金中，攪拌約10分鐘后澆鑄成錠。
全文摘要
本發(fā)明以粒子尺寸小于100μm的AlCuFe準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基合金,增強(qiáng)顆粒的體積分?jǐn)?shù)≤50%,準(zhǔn)晶成分為:AlaCubFec,其中:a+b+c=100為原子百分比,60≤a≤66,22≤b≤27,11≤c≤15,基體材料成分為:MgaAlbXcMd,其中:a+b+c+d=100為重量百分比,80≤a≤100,0≤b≤15,0≤c≤3,0≤d≤2,X表示Mn,Zn的一種或兩種,M表示Ce,Zr,Cu,Ni,Si,Fe,Be中的至少一種。
文檔編號C22C23/00GK1264746SQ0011162
公開日2000年8月30日 申請日期2000年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月28日
發(fā)明者徐州, 李志強(qiáng) 申請人:上海交通大學(xué)