[发明专利]一种原位自生Al4La晶须增强镁基复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种镁基复合材料，本发明也涉及的是一种镁基复合材料的制备方法，具体地说是一种原位自生Al₄La晶须增强镁基复合材料及制备方法。

背景技术

绿色新型镁合金材料已经被应用于汽车、通讯、计算机和航空等领域。许多国家将它称之为21世纪最重要的战略物资。据专家预计，未来几十年，全球对镁合金的产品的需求量将迅速增加。但镁合金的强度低，耐热性差，限制了镁合金的进一步应用及发展。因此，为了拓展镁合金的应用空间，需要进一步挖掘镁合金的性能潜力（如镁基复合材料等）。

近年来，镁基复合材料技术的研究和发展特别引人注意。因为与合金化技术研制的镁合金相比，镁基复合材料具有更高的比强度、比刚度，良好的耐蚀性能和耐高温性能。现在对镁基复合材料的研究主要分为两类，一是叠层镁基复合材料；二是以陶瓷颗粒、纤维（SiC、Al₂O₃、B₄C等）、金属间化合物作为增强体的镁基复合材料。其中金属间化合物具有比强度和比刚度高、化学稳定性好、比重小、可塑性优异、且弹性模量、热力学参数等材料参数和金属之间的差异小，不仅与基体具有良好的物理相容性，而且在复合材料中具有一定的协调能力，金属间化合物作为增强体为镁合金的进一步发展和应用开辟了广阔的空间。

目前尽管很多研究机构对金属间化合物增强镁基复合材料进行的研究，但是绝大部分的研究都集中在外加颗粒上。例如选择外加YAl₂作为增强体获得的镁基复合材料的强度明显高于基体合金。但是，由于是外加颗粒，制备出的复合材料界面结合力和相容性并不是很好，而且复合材料中微裂纹的扩展主要在基体和YAl₂颗粒/基体界面处进行。而原位自生金属间化合物作为增强体，具有增强相尺寸细小、增强相与基体间界面清洁、结合力和相容性好等特点，有望解决镁合金在工程应用中存在的诸多缺点。因此研究一种新型原位自生金属间化合物增强镁基复合材料，使其在低成本的常规方法制备下具有良好的界面结合力，优良的力学性能，这在工业生产中具有重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温性能好、力学性能优异的原位自生Al₄La晶须增强镁基复合材料。本发明的目的还在于提供一种生产成本低、生产效率高、操作简便、利于大规模推广应用的原位自生Al₄La晶须增强镁基复合材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的原位自生Al₄La晶须增强镁基复合材料的质量百分含量组成为Al：3.0～10.0%，La：3.0～12.0%，不可避免的Fe、Cu、Ni、Si杂质总量小于0.03%，余量为Mg。

其中Al和La最佳质量比为3:4。

还可以包括不超过10.0%的Li。

所述La元素以Mg-30％La中间合金的方式加入。

本发明的原位自生Al₄La晶须增强镁基复合材料的制备方法为：

按照质量百分含量组成为Al：3.0～10.0%、La：3.0～12.0%，余量为Mg的比例将合金元素混合，合金元素熔炼后保温静置，冷却，再经高温匀质化处理后得到原位自生Al₄La晶须增强镁基复合材料。

所述的Mg以商业纯Mg、Al以商业纯Al、La以Mg-30％La中间合金的形式加入。

所述熔炼是采用真空感应熔炼炉熔炼，用氩气进行保护；主要熔炼工艺参数：熔炼过程中采用逐渐升高功率的方法进行加热，真空度5Pa以下，保温静置时间为30～50min，冷却速度3-10℃/s。

所述高温匀质化处理的工艺参数：均匀化温度为300～450℃，保温时间为5～15h，冷却方式为空冷。

本发明的的实质性特点和显著的进步体现在：

（1）本发明在镁合金中添加Al、La等元素，Mg、Al、La这三种原子在特定的条件下（包括含量、配比和制备工艺），能够原位自生大量比强度和比刚度高、化学稳定性好、比重小的金属间化合物Al₄La晶须，并且这种原位自生方式获得的金属间化合物与外加增强体相比，具有与镁基体更好的界面结合。同时Al₄La的稳定性很好，有利于改善合金的高温性能。本发明为显著提高镁合金的力学性能提供了一种新的思路。