專利名稱：原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的制備方法，特別是一種原位合成顆粒 增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法。
技術(shù)背景鎂基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度，高比剛度，高耐磨性和優(yōu)良的阻尼性能，在 航空、汽車等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。常規(guī)外加增強(qiáng)相制備鎂基復(fù)合材料的 方法存在著外加增強(qiáng)相與基體的結(jié)合較差，增強(qiáng)相易偏聚等缺點(diǎn)，降低了材料 的性能。針對(duì)這些情況，近年來(lái)發(fā)展了原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備 方法。它的基本原理是在一定條件下，通過(guò)元素之間或元素與化合物之間的化 學(xué)反應(yīng)，在金屬基體內(nèi)原位合成一種或幾種高硬度、高彈性模量的陶瓷增強(qiáng)相， 從而達(dá)到強(qiáng)化金屬基體的目的。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，圍繞鎂基復(fù)合材料的制備方法有不少文獻(xiàn) 報(bào)道，如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3116168.5，名稱為"制備顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料 的工藝"。該專利的技術(shù)特點(diǎn)在于將預(yù)制塊在真空加熱裝置內(nèi)燒結(jié)，單獨(dú)合成 鎂基復(fù)合材料的增強(qiáng)相，再加入鎂熔體中進(jìn)行攪拌澆注，得到顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù) 合材料。但是該工藝包括中間相的單獨(dú)合成，中間相載體在鎂熔體中的溶解擴(kuò) 散以及增強(qiáng)顆粒的彌散分布，上述制備過(guò)程中如果工藝控制不當(dāng)，容易導(dǎo)致復(fù) 合材料的性能下降。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基 復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明通過(guò)反應(yīng)預(yù)制塊和鎂合金在惰性氣體保護(hù)下發(fā)生 原位合成反應(yīng)，并借助攪拌技術(shù)，制備出增強(qiáng)相顆粒細(xì)小，分布均勻，與基體 界面結(jié)合良好，力學(xué)性能優(yōu)異的原位顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括如下步驟第一步，將Al粉、Ti粉和B粉配制混合,Al粉含量為粉末總量的0wt%-50wt%， Ti和B的原子比在0.4-0.6之間。 第二步，將配制好的粉末進(jìn)行球磨。 所述球磨，其時(shí)間為0.5小時(shí)-24小時(shí)。 第三步，把經(jīng)過(guò)球磨后的粉末壓制成預(yù)制塊。 所述預(yù)制塊，其緊實(shí)率為理論密度的70%-95%。第四步，將壓制得到的預(yù)制塊和鎂合金錠放入真空加熱裝置中。反應(yīng)室內(nèi) 抽真空后通入惰性氣體，加熱，保溫。 所述加熱，其溫度為700'C-900°C, 所述保溫，其時(shí)間為0.5小時(shí)-2小時(shí)。第五步，將反應(yīng)得到的熔體進(jìn)行攪拌，攪拌后靜置，澆注成型。所述攪拌，其溫度為700°C-800'C，時(shí)間為10分鐘-60分鐘，攪拌速度為 200r / min-1000r / min。與目前己有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，易于控制，制備成本 低等特點(diǎn)。本發(fā)明以鎂合金和A1、 Ti和B粉末為原材料，采用原位反應(yīng)法合成 TiB2陶瓷增強(qiáng)顆粒并結(jié)合攪拌鑄造的制備方法。傳統(tǒng)外加法制備復(fù)合材料時(shí)，增 強(qiáng)相的尺寸受限制，增強(qiáng)相與基體結(jié)合不好，增強(qiáng)相分布不均勻，本發(fā)明中的 增強(qiáng)相顆粒是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在鎂合金基體內(nèi)原位合成的并輔以攪拌，因而制備 的鎂基復(fù)合材料增強(qiáng)相顆粒細(xì)小，分布均勻，與基體界面結(jié)合良好，增強(qiáng)效果 顯著。并且鎂合金內(nèi)部原位生成的TiB2陶瓷增強(qiáng)相彈性模量為530GPa，遠(yuǎn)高于 鎂鋁合金的彈性模量45GPa， TiB2/Mg復(fù)合材料密度保持在在1. 8-2. 0g/cm3之間， 因此具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模量等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸業(yè)和國(guó)防工業(yè)。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提 下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍 不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例一采用Al粉、Ti粉和B粉作為預(yù)制塊原料，Al粉含量為粉末總量的30wt%， 余量為Ti粉和B粉。Ti和B的原子比為0. 4。將上述的粉末經(jīng)過(guò)12小時(shí)球 磨。把球磨后的粉末壓制成預(yù)制塊，預(yù)制塊緊實(shí)率為理論密度的85%。壓制得到的預(yù)制塊和AZ91鎂合金放在真空加熱裝置中，反應(yīng)室內(nèi)抽真空后通入惰性氣 體，加熱至700'C，保溫2小時(shí)。然后把得到的熔體在70(TC進(jìn)行攪拌，攪拌速 度為500r / min。攪拌30分鐘后，靜置澆注。制備得到質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%的TiB2 增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。材料的抗拉強(qiáng)度大于300MPa。實(shí)施例二采用Ti粉和B粉作為預(yù)制塊原料。Ti和B的原子比為0. 5。將上述的粉末 球磨24小時(shí)。把球磨后的粉末壓制成預(yù)制塊，預(yù)制塊緊實(shí)率為理論密度的95 %。壓制得到的預(yù)制塊和純鎂放在真空加熱裝置中，反應(yīng)室內(nèi)抽真空后通入惰 性氣體，加熱至900'C，保溫1.5個(gè)小時(shí)。然后把得到的熔體在720'C進(jìn)行攪拌， 攪拌速度為1000r/min。攪拌10分鐘后，靜置澆注。制備得到5wt^的TiB2增 強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。材料的抗拉強(qiáng)度大于270MPa。實(shí)施例三采用Al粉、Ti粉和B粉作為預(yù)制塊原料，Al粉含量為粉末總量的50wt%， 余量為Ti粉和B粉。Ti和B的原子比為0.6。球磨0.5小時(shí)。把球磨后的粉 末壓制成預(yù)制塊，預(yù)制塊緊實(shí)率為理論密度的70%。壓制得到的預(yù)制體和ZM5 鎂合金放在真空加熱裝置中，反應(yīng)室內(nèi)抽真空后通入惰性氣體，升溫至800'C, 保溫0. 5個(gè)小時(shí)。然后把得到的熔體在800'C進(jìn)行攪拌，攪拌速度為200r / min。 攪拌60分鐘后，靜置澆注。制備得到質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10X的TiB2增強(qiáng)ZM5鎂基復(fù) 合材料。材料的抗拉強(qiáng)度大于300MPa。
權(quán)利要求
1、一種原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，將Al粉、Ti粉和B粉配制混合，Al粉含量為粉末總量的0wt％-50wt％，Ti和B的原子比在0.4-0.6之間；第二步，將配制好的粉末進(jìn)行球磨；第三步，把經(jīng)過(guò)球磨后的粉末壓制成預(yù)制塊；第四步，將壓制得到的預(yù)制塊和鎂合金錠放入真空加熱裝置中，反應(yīng)室內(nèi)抽真空后通入惰性氣體，加熱，保溫；第五步，將反應(yīng)得到的熔體進(jìn)行攪拌，攪拌后靜置，澆注成型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其 特征是所述的球磨，其時(shí)間為0.5小時(shí)-24小時(shí)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其 特征是所述的預(yù)制塊，其緊實(shí)率為理論密度的70%-95%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其 特征是所述加熱，其溫度為700'C-90(TC。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其 特征是.*所述的保溫，其時(shí)間為0. 5小時(shí)-2小時(shí)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其 特征是所述的攪拌，其溫度為700。C-800。C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法， 其特征是所述的攪拌，其時(shí)間為10分鐘-60分鐘。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法, 其特征是所述的攪拌，其速度為200r/min -1000r/min。
全文摘要
本發(fā)明公開一種原位合成顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，步驟為將Al粉、Ti粉和B粉配制混合，Al粉含量為粉末總量的0wt％-50wt％，Ti和B的原子比在0.4-0.6之間；將配制好的粉末進(jìn)行球磨；把經(jīng)過(guò)球磨后的粉末壓制成預(yù)制塊；將壓制得到的預(yù)制塊和鎂合金錠放入真空加熱裝置中。反應(yīng)室內(nèi)抽真空后通入惰性氣體，加熱，保溫；將反應(yīng)得到的熔體進(jìn)行攪拌，攪拌后靜置，澆注成型。本發(fā)明制備出增強(qiáng)相顆粒細(xì)小，分布彌散均勻，與基體界面結(jié)合良好，力學(xué)性能優(yōu)異的原位顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。本發(fā)明工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低，可以廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸業(yè)和國(guó)防工業(yè)。
文檔編號(hào)C22C1/05GK101215649SQ20071017327
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者荻 張, 張從發(fā), 瑋 曹, 范同祥 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)