[发明专利]一种钛合金颗粒增强镁基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁基复合材料的制备方法。

背景技术

目前普遍采用陶瓷颗粒作为镁基复合材料的增强体，如SiC、B₄C、TiC、TiC、Al₂O₃、Y₂O₃、TiO₂、Mg₂Si等，这主要是因为陶瓷具有极高的强度、刚度、杨氏模量和较好的稳定性，但是以其增强的复合材料在提高材料强度的同时，塑性远低于基体材料，这一问题限制了镁基复合材料更为广泛的应用。

钛具有强度高、塑韧性好、耐蚀性好、耐热性高等特点，钛的密度较小，并且钛是比强度最高的金属，与常见陶瓷颗粒增强体相比，钛具有最大的优势是钛与镁之间的物理化学性质相似，兼容性很好，并且钛和镁之间的润湿性特别好，将常见的TC4钛合金颗粒加入到镁合金中，有望可以得到强度高和塑韧性好兼顾的镁基复合材料。现有方法主要局限于粉末冶金的制备方法，通过粉末冶金法制备的复合材料，其基体与颗粒之间的界面结合是通过热压烧结使固相基体颗粒和固相增强体颗粒结合起来的，这种通过固相与固相结合制备出的复合材料，其界面结合通常较差。另外，由于TC4钛合金颗粒的密度要比镁合金稍大些，所以当长时间静置钛合金颗粒-镁合金熔体时，就会发生颗粒沉积的现象，引起颗粒分布不均匀的问题。

发明内容

本发明是要解决目前的镁基复合材料还无法同时具备强度较高和塑性较好的技术问题，从而提供一种钛合金颗粒增强镁基复合材料的制备方法。

本发明的钛合金颗粒增强镁基复合材料的制备方法按以下步骤进行：

一、制备半固态熔融镁合金：将基体镁合金升温至700℃～750℃，待基体合金完全熔化后将温度降至560℃～600℃，得到半固态熔融镁合金；

二、制备钛合金颗粒-镁合金混合熔体：将钛合金颗粒加热到100℃～200℃，预热20min～50min，然后将步骤一得到的半固态熔融镁合金在转速为600rpm～1000rpm的条件下进行搅拌，搅拌的同时将预热好的钛合金颗粒加入到半固态熔融镁合金中，继续在转速为1000rpm～1500rpm的条件下进行搅拌5min～10min，得到钛合金颗粒-镁合金混合熔体；其中，所述的钛合金颗粒与半固态熔融镁合金的体积比为1:(4～9)；

三、制备钛合金颗粒增强镁基复合材料：将步骤二得到的钛合金颗粒-镁合金混合熔体在搅拌状态下加热至液态，在升温阶段采用转速最大的无涡流搅拌，转速为250rpm～300rpm，然后将液态混合熔体浇注到温度为400℃～450℃的模具中，并在100MPa～150MPa压力下凝固，即得到钛合金颗粒增强镁基复合材料。

本发明包含以下优点：

本发明采用搅拌铸造方法制备了钛合金颗粒增强镁基复合材料，将镁合金先升温后降温形成半固态，然后将事先预热好的钛合金颗粒倒入到半固态熔体中同时进行半固态搅拌，搅拌预定时间后把混合熔体升温至液态，并将熔体浇注到模具中压铸成形。

(1)本发明在制备过程中要对钛合金颗粒进行加热烘干，且预热温度为100℃～200℃，预热时间为20min～50min，这样既可以减少吸附在颗粒表面的气体量，提高颗粒与合金基体之间的润湿性，有利于颗粒的分散，又不至于使钛合金颗粒氧化严重，如果预热温度过高，就会使颗粒表面形成致密的TiO₂层，这种陶瓷相就间隔了钛合金颗粒和基体之间的结合，会导致颗粒与基体之间界面结合较差；

(2)本发明采用液态制备方法，充分发挥镁液在钛颗粒表面润湿性好的特点，因而钛合金颗粒与基体之间界面结合很好，且颗粒在合金熔体中易于分散，颗粒在基体中分布均匀，这样就可以使钛合金颗粒强度高和塑韧性好的特点得到充分发挥，从而提高镁基复合材料的综合性能，避免了其他方法如粉末冶金的颗粒与基体之间界面结合较差等问题；

(3)本发明在半固态搅拌阶段搅拌时间较短，仅为5min～10min，这样就大大避免了因搅拌时间过长导致的氧化夹杂严重和气孔含量高的问题。这是因为钛与镁之间的润湿性特别好，搅拌较短时间就会使钛合金颗粒在基体中分散均匀；

(4)本发明可以方便地改变钛合金颗粒的体积分数和颗粒尺寸，制得各种体积分数和各种颗粒尺寸大小的钛合金颗粒增强的镁基复合材料；