[发明专利]一种金属间化合物超细颗粒增强金属基复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种颗粒增强金属基复合材料，尤其涉及一种金属间化合物超细颗粒增强金属基复合材料。

背景技术

镁锂基合金因具有超低的密度(1.30g/cm³～1.60g/cm³)、较高的比强度和比刚度、优良的减震性能以及抗高能粒子的穿透能力，作为无毒金属材料中最轻的结构金属材料，在航空航天、交通运输等领域有着广阔的应用前景。在二元镁锂合金中，随着Li量的增加，合金组织发生着α(hcp)→α+β→β(bcc)转变(如图1所示)，合金的塑性变形能力得到显著提高，其延伸率可达到40％以上，但由于合金强度偏低，抗蠕变性能较差，限制了镁锂基合金应用范围。

复合强化则为进一步提高镁锂基合金的力学性能提供了有效途径。与镁锂基体合金相比，复合材料不仅保留了基体合金的导电、导热及优良的冷、热加工性能，而且集低密度、高比刚度、高比强度、良好的耐磨性、耐高温性能、减震性能以及良好的阻尼性能和电磁屏蔽性能于一身，成为材料研究的热点之一。如同其它复合材料，镁锂基复合材料的增强方式也主要有纤维增强、颗粒增强和晶须增强三种方式，增强体成分主要有SiC、B₄C、Al₂O₃、TiC、B等。这些增强体既可以采用以颗粒、纤维、或晶须形式单独加入，也可以采用混合形式(例如SiC颗粒/Al₂O₃晶须混合)加入强化，并不同程度地提高了镁锂基合金的力学性能。但陶瓷材料复合强化也带来了材料的塑性和韧性严重损伤的问题。从研究结果来看，镁锂基体合金与陶瓷增强材料具有良好的润湿性和化学相容性能可形成较为理想的复合相界面，所以，材料的塑性及韧性的大幅度下降与陶瓷增强相的脆性密切相关。因此，选取既具有增强作用又具备一定的微应变协调作用的材料作为镁锂基复合材料增强材料，对改善材料的综合性能有着重要的意义。

金属间化合物因具有金属的特性，如表现出金属光泽、金属导电性及导热性等，因而选择金属间化合物颗粒作为镁锂基复合材料的增强相，更容易获取与镁锂基体具有良好的润湿性、化学相容性等适配的界面。而金属间化合物所具有的较高比强度和比刚度，以及介于合金和陶瓷之间的高使用温度，使其成为合金有效的增强相。另外，与陶瓷颗粒相比，金属间化合物具有相对塑性，因而其在提高基体合金强度的同时，对合金基体的塑性损伤小于采用陶瓷增强相造成的损伤。以上所述为形成金属间化合物颗粒增强镁锂基复合材料具有良好的综合性能提供了基础。

专利号为ZL03119684.5的专利文献中提出了一种含稀土元素金属间化合物颗粒增强金属基复合材料，该复合材料采用5μm～50μm的金属间化合物颗粒强化镁锂合金，其塑性得到了较好的保持，其强度提高值在20％～40％，虽然在一定程度上提高了材料的综合力学性能，但是距离超轻、高强的目标还有一定的差距，镁锂基复合材料的综合力学性能还有待于进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的金属间化合物超细颗粒增强金属基复合材料。该复合材料具有高的比强度和比刚度，良好的塑性，易于成型和机械再加工，综合了作为增强颗粒的金属间化合物的高强度、高硬度、较陶瓷优异的塑性以及金属基体所具有的良好的机加工性能和成型性能，是一种轻型的金属间化合物颗粒增强金属基复合材料。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金属间化合物超细颗粒增强金属基复合材料，它由增强体和基体合金组成。其增强体粒径为0.1μm～3μm，体积分数为1％～20％，余量为基体合金，所述增强体为含稀土元素的金属间化合物颗粒，所述基体合金为镁合金或铝合金。

所述的增强体可以为YAl₂金属间化合物超细颗粒。

所述的增强体也可以为CeAl₂金属间化合物超细颗粒。

所述的镁合金可以为镁锂基合金，其锂含量为0.1wt％～20wt％。

所述的铝合金可以为含锂铝合金，其锂含量为0.1wt％～5wt％。

本发明运用了金属间化合物所具有的高比强度、比刚度和超细颗粒的尺寸效应等特性，制备出了含稀土元素金属间化合物超细颗粒增强金属基复合材料。

本发明的优点在于：

1、将金属间化合物颗粒引入到金属基体中，利用其高比强度和比刚度强化了合金基体，同时较好地保持了合金良好的塑性。

2、超细颗粒的引入改变了复合材料的强化机制，大幅提高了复合材料的力学性能，使其抗拉强度相对于基体提高了200％以上，塑性继续得到良好保持。

附图说明