[发明专利]超声波制备SiCp/AZ31镁基纳米复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属金属材料制备领域，特别涉及一种用超声波制备镁基纳米复合材料的方法。

背景技术

镁基复合材料具有高的比强度、比刚度、阻尼性能、耐磨性及耐高温性能，因而在对轻质高强材料需求迫切的航空航天、汽车等高技术领域中具有良好的应用前景。与连续纤维增强相相比，非连续增强金属基复合材料，特别是颗粒增强金属基复合材料具有成本低，制备工艺简单等特点，已经备受人们的关注。一般来说，微米级的增强颗粒主要用来提高镁合金的强度和硬度等，然须加入高含量的增强颗粒，镁基复合材料的塑韧性降低。研究人员发现很少体积分数的纳米级增强相就可使金属基复合材料获得很好的增强效果，同时也能保持较好的延展性。

传统的金属基复合材料的制备方法主要有粉末冶金法和搅拌铸造法。粉末冶金法存在工艺复杂、成本较高、难以制造大尺寸形状复杂件的问题，而搅拌铸造法存在增强相难以分布均匀的问题。鉴于超声技术在金属液处理方面的成功应用，人们尝试了采用高能超声制备金属基复合材料，高能超声振动时产生的声空化和声流效应能够在极短的时间内显著改善增强颗粒与熔体间的润湿性，并迫使增强颗粒在熔体中均匀分散，且对溶体合金无污染，是一种较为理想的制备金属基复合材料的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用超声波制备SiCp/AZ31镁基纳米复合材料的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

首先将纳米SiC粉体加入到乙醇溶液中进行超声分散预处理，然后对预处理混合溶液进行烘干、碾磨处理；将AZ31镁合金放入坩埚内加热至熔化，并在640～650℃温度范围内保温，把变幅杆伸入到熔体表面以下，超声5～10分钟，超声功率为600～650W。将预处理好的纳米SiC粉体按质量百分比为0.1-2.0％的量用锡箔纸包覆，加入到AZ31镁合金熔体中，相同超声功率下继续超声15～20分钟，浇铸取样。

本发明所述的AZ31镁合金成份含量为Al 2.5％～3.0％，Mn 0.29％，Zn 0.70％～1.30％，Si 0.08％，Cu 0.03％，Fe 0.04％，余量为Mg。

本发明的技术效果是：采用本发明制备的镁基纳米复合材料，纳米SiC颗粒在基体中的分散均匀，抗拉强度和屈服强度较基体分别提高了9.0％～19.0％和20.5％～30.0％，同时保持了基体较高的延展性，而且制备工艺简单、安全可靠、无三废污染。

附图说明

附图为本发明纳米SiC颗粒在AZ31合金中的分散情况。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步的说明。

实施例1。

将纳米SiC粉体加入到乙醇溶液中进行超声分散预处理，然后对预处理混合溶液进行烘干、碾磨处理；将Az31镁合金放入坩埚内加热至熔化，并在640℃进行保温，把变幅杆伸入到熔体表面以下，650W超声功率下，超声5分钟；将预处理好的纳米SiC粉体按质量百分比为0.5％的量用锡箔纸包覆，加入到AZ31镁合金熔体中，相同功率下继续超声15分钟，浇铸取样。

其抗拉强度为275.2、屈服强度为209.65、延伸率为13.7％。

实施实2。

将纳米SiC粉体加入到乙醇溶液中进行超声分散预处理，然后对预处理混合溶液进行烘干、碾磨处理；将AZ31镁合金放入坩埚内加热至熔化，并在650℃进行保温，把变幅杆伸入到熔体表面以下，630W超声功率下，超声10分钟；将预处理好的纳米SiC粉体按质量百分比为1.0％的量用锡箔纸包覆，加入到AZ31镁合金熔体中，相同功率下继续超声20分钟，浇铸取样。

其抗拉强度为299.5、屈服强度为220.54、延伸率为12.8％。

实施例3。

将纳米SiC粉体加入到乙醇溶液中进行超声分散预处理，然后对预处理混合溶液进行烘干、碾磨处理；将AZ31镁合金放入坩埚内加热至熔化，并在645℃进行保温，把变幅杆伸入到熔体表面以下，600W超声功率下，超声8分钟；将预处理好的纳米SiC粉体按质量百分比为2.0％的量用锡箔纸包覆，加入到AZ31镁合金熔体中，相同功率下继续超声18分钟，浇铸取样。

其抗拉强度为295.3、屈服强度为215.20、延伸率为13.4％。

从附图中的纳米SiC颗粒在AZ31镁合金中的分散情况可以看到，由于SiC和镁合金导电性能不一样，所以在图中表现为：黑色部分为镁合金基体，白色亮点部分为SiC。从实验结果中可以看出，超声法制备的AZ31合金中的SiC颗粒得到了弥散的分布，且复合材料中没有明显的气孔和颗粒偏聚之类的缺陷。