[发明专利]原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料技术领域的制备方法，特别是一种原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备方法。

背景技术

镁基复合材料具有高比强度，高比刚度，高耐磨性和优良的阻尼性能，在航空、汽车等领域有着广泛的应用前景。常规外加增强相制备镁基复合材料的方法存在着外加增强相与基体的结合较差，增强相易偏聚等缺点，降低了材料的性能。针对这些情况，近年来发展了原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备方法。它的基本原理是在一定条件下，通过元素之间或元素与化合物之间的化  学反应，在金属基体内原位合成一种或几种高硬度、高弹性模量的陶瓷增强相，从而达到强化金属基体的目的。

经对现有技术的文献检索发现，围绕镁基复合材料的制备方法有不少文献报道，如中国专利申请号03116168.5，名称为：“制备颗粒增强镁基复合材料的工艺”。该专利的技术特点在于将预制块在真空加热装置内烧结，单独合成镁基复合材料的增强相，再加入镁熔体中进行搅拌浇注，得到颗粒增强镁基复合材料。但是该工艺包括中间相的单独合成，中间相载体在镁熔体中的溶解扩散以及增强颗粒的弥散分布，上述制备过程中如果工艺控制不当，容易导致复合材料的性能下降。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足和缺陷，提供一种原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备方法。本发明通过反应预制块和镁合金在惰性气体保护下发生原位合成反应，并借助搅拌技术，制备出增强相颗粒细小，分布均匀，与基体界面结合良好，力学性能优异的原位颗粒增强镁基复合材料。

本发明是通过以下技术方案实现的，包括如下步骤：

第一步，将Al粉、Ti粉和B粉配制混合，Al粉含量为粉末总量的0wt％-50wt％，Ti和B的原子比在0.4-0.6之间。

第二步，将配制好的粉末进行球磨。

所述球磨，其时间为0.5小时-24小时。

第三步，把经过球磨后的粉末压制成预制块。

所述预制块，其紧实率为理论密度的70％-95％。

第四步，将压制得到的预制块和镁合金锭放入真空加热装置中。反应室内抽真空后通入惰性气体，加热，保温。

所述加热，其温度为700℃-900℃，

所述保温，其时间为0.5小时-2小时。

第五步，将反应得到的熔体进行搅拌，搅拌后静置，浇注成型。

所述搅拌，其温度为700℃-800℃，时间为10分钟-60分钟，搅拌速度为200r/min-1000r/min。

与目前已有的技术相比，本发明具有工艺相对简单，易于控制，制备成本低等特点。本发明以镁合金和Al、Ti和B粉末为原材料，采用原位反应法合成TiB₂陶瓷增强颗粒并结合搅拌铸造的制备方法。传统外加法制备复合材料时，增强相的尺寸受限制，增强相与基体结合不好，增强相分布不均匀，本发明中的增强相颗粒是通过化学反应在镁合金基体内原位合成的并辅以搅拌，因而制备的镁基复合材料增强相颗粒细小，分布均匀，与基体界面结合良好，增强效果显著。并且镁合金内部原位生成的TiB₂陶瓷增强相弹性模量为530GPa，远高于镁铝合金的弹性模量45GPa，TiB₂/Mg复合材料密度保持在在1.8-2.0g/cm³之间，因此具有轻质、高强、高模量等特点，可以广泛应用于交通运输业和国防工业。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

采用Al粉、Ti粉和B粉作为预制块原料，Al粉含量为粉末总量的30wt％，余量为：Ti粉和B粉。Ti和B的原子比为0.4。将上述的粉末经过12小时球磨。把球磨后的粉末压制成预制块，预制块紧实率为理论密度的85％。压制得到的预制块和AZ91镁合金放在真空加热装置中，反应室内抽真空后通入惰性气体，加热至700℃，保温2小时。然后把得到的熔体在700℃进行搅拌，搅拌速度为500r/min。搅拌30分钟后，静置浇注。制备得到质量百分数为10％的TiB₂增强镁基复合材料。材料的抗拉强度大于300MPa。

实施例二