[发明专利]微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料及其制备方法。

二、背景技术

目前金属材料领域中，对复合材料丝的作用越来越受到重视。

陶国林在重庆工商大学学报2005第22卷第5期研究了石墨(碳)纤维增强镁基复合材料。但是石墨(碳)纤维和镁存在界面反应，生成大量反应产物，形成聚集的脆性相和界面反应产物脆性层，造成纤维等增强体严重损伤，材料的性能急剧下降。200810035823.2提出二氧化钛碳涂层碳纤维增强镁基复合材料。如果要解决界面反应问题，可采取碳纤维涂层方式，但工艺复杂，成本高。

严彪在上海钢研杂志2004年第3期讨论了AlTi纤维增强镁基复合材料。选用平均粒径100μm的镁合金粉末，采用粉末冶金技术制备镁合金和Al-Ti纤维，体积含量为10％的增强镁合金试样。基体镁合金的具体成分(wt％)为：Mg-16AI-5Zn-5Cu-3Re-1.5Mn-1.1Si-0.5Ti。在镁合金粉末中加人通过快速凝固制成的AI-Ti纤维，纤维中Al和Ti的含量分别为62wt.％和38wt.％，纤维长度平均1.5mm，截面接近四边形，边长0.2-0.4mm。将镁合金粉末与Al-Ti纤维混合均匀，冷压成型后进行粉末烧结。烧结工艺为：先将压坯加热到150℃，保温0.5小时，并对其加压，然后升温至450-500℃，加压并保温1.5小时。整个实验在氢气保护下进行。该技术采用金属纤维，即使出现界面反应，也不会严重损伤纤维等增强体。但是所用AlTi纤维熔点低，在烧结过程中纤维容易熔入镁合金基体，起不到纤维增强的作用。以上两种情况虽然都是用纤维增强镁合金，但是并非制造复合材料丝。

CN200710158048.5公开了一种铜/铝镁合金复合丝材及其制造方法，该方法包括将铜带包覆在铝镁合金线材芯体上制成复合坯料，然后将复合坯料装入真空罐内进行罐式真空退火处理；之后复合坯料进行多次拉拔，最后一次拉拔的同时、使复合丝材处于拉拔状态下通过电加热箱进行烧炖式连续退火处理；烧炖式连续退火处理后，再经过多次拉拔，最后将获得的多股成型丝材同时通入多个细管内进行管式在线退火处理，再将线头对应缠绕在收线盘上获得最终产品；同时还公开了一种由该方法获得的复合丝材，本发明获得了技术上的新突破，解决了现有技术中的难题，同时获得了丝材比重、延伸性率、导电性能、抗拉强度均较为理想的铜/铝镁合金复合丝材。以上情况虽然涉及合金复合丝材及其制造方法，但是并非镁基复合材料丝，而且工艺相对复杂。

三、发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料，该材料具有良好的性能。

本发明的另一目的是提供微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料，该复合丝材料以镁合金为基体，在基体上分布着微晶钛基纤维，微晶的大小为0.5-10μm，微晶钛基纤维占复合材料的体积百分比为40-50％；

镁合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为5％～9％，Pb为0.1％～0.9％，Ga为0.003-0.09％，其余为Mg；

微晶钛基纤维的化学成分的重量百分含量为：Al为22％～28％，Cu为4％～8％，Sr为3％～6％，Sn为0.05％～0.09％，Sm为0.003-0.09％，Ga为0.5％～1.5％，Pr为0.5％～2％，其余为Ti。

上述微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

微晶钛基纤维的准备：将占原料总重Al为22％～28％，Cu为4％～8％，Sr为3％～6％，Sn为0.05％～0.09％，Sm为0.003-0.09％，Ga为0.5％～1.5％，Pr为0.5％～2％，其余为Ti的原料置于带有加热装置的升液管内熔化而形成钛合金液；熔化温度1780-1800℃，升液管下部套装有柱塞，柱塞在动力装置带动下可沿升液管上、下移动，柱塞上移时可将升液管内液面抬高，从而便于转轮凸缘将合金液拽出，形成纤维，转轮采用轮缘有凸缘的水冷铜合金转轮，合金液通过升液管与旋转的水冷铜合金转轮凸缘接触，水冷铜合金转轮转轮凸缘将合金液拽出，形成钛基合金材料纤维，转轮凸缘的线速度为19-21m/s；转轮开转前开启转轮水冷系统，水冷系统进水温度小于30℃；钛基合金材料纤维的直径为10-45μm；然后将钛基合金材料纤维成束；