[发明专利]一种含SiC颗粒的高弹性模量镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含SiC颗粒的高弹性模量镁基复合材料，该合金弹性模量可达50～70GPa。属于有色金属材料及其加工领域。

背景技术

为达到减重增效的目的，汽车制造业对高性能轻质材料的需求量迅速增长，镁合金材料作为可工业化生产的最轻金属结构材料，受到了特别的重视。近年来，航空航天及交通运输工具的速度越来越高，所需的动力功率越来越大，对材料的耐热性能及抗弹性变形能力提出了更高的要求。合金化是提高合金力学性能的有效手段。SiC颗粒具有高弹性模量(360～460GPa)，低密度(3.21×10³Kg﹒m^-3)，高熔点(2100℃)，高弯曲强度(400～500MPa)和低热膨胀系数(4.0×10^-6K^-1)等优点，是镁合金理想的增强体，对提高镁合金的耐热性能以及抗弹性变形能力具有显著的效果。

由混合定律可知，多相合金的弹性模量是由其组成相的弹性模量及其体积分数决定的。可惜的是，Mg-Al、Mg-Zn以及Mg-Al-Zn系合金中Mg₁₇Al₁₂(47.4GPa)和MgZn₂(44.8GPa)等相的弹性模量都比较低，使得合金的弹性模量也比较低，仅为40～45GPa，最终导致其抗弹性变形能力差，不能满足汽车制造业以及工程领域对轻质高强高弹性模量镁合金材料的需求。因此，研发高强高弹性模量镁基复合材料的需求已变得非常迫切。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理、加工制造容易、价格低廉的高弹性模量镁基复合材料，该材料可满足室温条件下对要求弹性模量为50～70GPa的轻质材料和(或)零部件制造的需求。

本发明的高弹性模量镁基复合材料，包括下述重量百分含量的组分：

铝和/或锌 1.0-10.0％，

SiC 1.0-15.0％，

余量为镁；各组分重量百分之和为 100％。

铝和/或锌为本发明添加的合金元素，合金元素和SiC的添加总重量占所述镁基复合材料的2-25％。

所述SiC的重量百分含量优选为5.0-15.0％，更优选为8.0-15.0％，最优选10.0-15.0％。

上述铝和锌可以单独使用也可以同时使用。同时使用时，铝和锌的重量比可以为9:1-1:1、9:1-2:1,、9:1-3:1、9:1，3:1或4.9:4.0。铝和/或锌的重量百分含量优选为4.0-10.0％，更优选为6.0-10.0％。

本发明的高弹性模量镁基复合材料，还包含有占高弹性模量镁基复合材料总量为小于等于2％的活性元素X，所述活性元素X选自钛(Ti)、银(Ag)、锆(Zr)、钙(Ca)、钪(Sc)、镧(La)、铈(Ce)、铕(Eu)、镨(Pr)、钷(Pm)、钐(Sm)中的任意一种；各组分重量百分之和为100％。所述活性元素X的重量百分含量优选为0.9-1.9％。实验证明，活性元素X的添加可以细化晶粒，改善晶界结构，提高镁合金的塑性。

优选的，所述镁基复合材料由下述重量份数比的组分组成：

铝和/或锌 1.0-10.0％，

SiC 1.0-15.0％，

所述活性元素X 小于等于2％。

余量为镁；各组分重量百分之和为 100％。

更优选的，所述镁基复合材料由下述重量份数比的组分组成：

铝和/或锌 2.0-10.0％，

SiC 5.0-15.0％，

所述活性元素X 0.9-1.9％；

余量为镁；各组分重量百分之和为 100％。

或者，所述镁基复合材料还可由下述重量百分含量的组分组成：

铝和/或锌 4.0-10.0％，

SiC 8.0-15.0％，

所述活性元素X 0.9-1.9％；

余量为镁；各组分重量百分之和为 100％；其中SiC的重量百分含量优选10.0-15.0％，具体可以为10％、12％或15％。

更具体的，所述镁基复合材料由下述重量份数比的组分组成：

铝和锌 6.0-10.0％，

SiC 10.0-15.0％，

所述活性元素X 0.9-1.9％；

余量为镁；各组分重量百分之和为 100％。