[发明专利]镁基复合材料和镁基复合材料零件的成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属基复合材料的制备方法，具体涉及一种镁基复合材料和镁基复合材 料零件的制备方法。

背景技术

镁合金由纯镁加入合金元素制成，镁合金中常用的合金元素有铝、锌、锰、锆及稀土元 素等。镁合金具有比重小、比强度高的特殊优异性能。但作为结构材料，其硬度、刚度和耐 磨性不够理想，使其应用受到一定的限制。而通过在镁合金中添加硬质颗粒则可制备出非连 续增强的镁基复合材料，在这种复合材料中，镁合金为基体，硬质颗粒为增强体(也称增强 相或第二相)，镁基复合材料的硬度、刚度以及耐磨性等性能均有显著的提高，并且镁基复 合材料的强度和弹性模量也有一定的提高。

镁基复合材料是金属基复合材料的一种。金属基复合材料的成形方法通常可以简单地分 为三种。第一种是液相成形法，又称铸造法，采用该方法制备金属基复合材料时容易产生增 强相偏聚、基体与增强相之间发生有害的界面反应、组织粗大、成分不均匀、易吸入气体和 杂质等缺点，而且增强相体积分数较低，这些缺点导致材料的力学性能降低。

第二种是固相成形法，又称粉末冶金法，采用该方法能较好地避免铸造法中的一些缺陷， 如体积分数可控，组织细小、成分均匀等，但粉末冶金工艺过程复杂，容易污染，材料尺寸 小，生产周期长，生产效率低，这些使其广泛应用受到一定的限制。例如中国专利文献 CN100376703C公开了一种镁合金复合材料及其制备方法，该方法将碳化物或氧化物的纳米 颗粒和镁合金粉末混合均匀，再经过热压烧结和热挤压的工艺，得到颗粒增强镁合金复合材 料。该制备方法需要在真空的环境下进行烧结，进行热挤压时要求压制压力高，条件苛刻， 过程复杂，使得制备的复合材料的尺寸受到限制。

第三种是喷射共沉积法，采用喷射沉积法制备镁基复合材料时工艺复杂、设备要求高， 投入大，成本高。

金属熔体在铸造凝固过程中需要有良好的流动性以确保充型，然而流动性与熔体中初生 相的形态、尺寸和体积分数有关，于是人们开发出了半固态成形技术。利用半固态成形技术 可以生产出高性能合金零部件。对于块状金属来说，半固态成形是在块状金属熔化后的凝固 过程中，对金属熔体施加强烈搅拌而形成一种含有固相颗粒的固液混合浆料后所进行的成 形。如果将合金半固态成形与塑料注射成形相结合，则构成通常所说的注射成形。

中国专利文献CN1817512A公开了一种镁合金半固态注射成形方法和装置，其方法是在 通入保护气体下对金属粉末进行混合，将金属粉末定量送入金属套筒中，采用螺旋输送杆对 金属套筒中的金属粉末施以剪切力，通过温度调整，将金属粉末转变为固液混合状态的浆料， 最后利用注射机将半固态的浆料射出至一模具内成形而形成半固态注射成形产品。这种方法 所得到的产品为镁合金产品，而不属于金属基复合材料产品。再有，采用对金属粉末进行直 接加热的方式，这样容易在加热过程中导致粉末氧化，从而影响材料的性能。另外镁合金粉 末的活性很高，这样还会有爆炸的危险。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题，提供一种工艺过程简单、成本低的镁基复合材料和镁 基复合材料零件的成形方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种镁基复合材料或镁基复合材料零件的半固态成形方 法，具有以下步骤：①在保护气体的氛围下，通过搅拌将镁合金粉末与增强相粉末混合均匀， 得到混合粉末。②将步骤①得到的混合粉末加入到具有规则内腔的冷压器具中进行冷压，得 到与冷压器具的内腔形状相对应的复合材料的坯体。③将步骤②得到的复合材料的坯体放入 加热装置中进行加热而成为半固态的固液混合物。④将步骤③得到的固液混合物注射填充到 模具的型腔内，得到相应形状的镁基复合材料或镁基复合材料的零件。

上述步骤①中所述的增强相粉末的化学成分为SiC、TiC或者Al₂O₃。增强相粉末是由相 应成分的块状或颗粒状增强相物质通过机械球磨后过筛得到，粉末粒子的平均粒径为 10μm～80μm。