[发明专利]一种内生Cr2B和MgO双相颗粒增强镁基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种内生Cr₂B和MgO双相颗粒增强镁基复合材料的制备方法，属于金属基复合材料技术领域。

背景技术

镁的密度为1.8g/cm³，是最轻的有色金属材料，镁及镁合金具有高比强度、高比刚度、较好的导电导热性、良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能、易于加工成形等特性，在航天航空、汽车、电子、通讯等领域有广泛的应用。但由于镁合金的强度及刚性不高、高温抗蠕变性能及耐磨性差等缺点，限制了其应用范围。为了提高镁合金的性能、扩大镁合金的应用，引入颗粒增强相对镁合金进行复合强化是一个重要的发展方向。

目前镁基复合材料的制备方法主要有两种，一是外加颗粒的方法，如搅拌铸造、压力浸渍法、粉末冶金法等，这些生产工艺存在外加增强颗粒粒度较大、颗粒与基体界面结合不好、颗粒团聚、复合材料力学性能较差等不足；二是内生（原位合成）颗粒制备镁基复合材料的方法，制备的复合材料具有增强颗粒细小、表面无污染、颗粒与基体相容、材料综合性能良好等特点。本发明为一种内生Cr₂B和MgO双相颗粒增强镁基复合材料的制备方法，Cr₂B和MgO颗粒具有高强度、高硬度、高弹性模量、低热膨胀系数、高熔点和热稳定性好等优点，镁或镁合金中内生的Cr₂B和MgO颗粒弥散分布在镁基体中，Cr₂B和MgO颗粒细小且分布均匀、表面洁净、与基体结合良好无界面反应，制得的镁基复合材料具有轻质、高强、高弹性模量等特点，工艺简单，适合规模化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种内生Cr₂B和MgO双相颗粒增强镁基复合材料的制备方法，该制备方法工艺简单、成本低，内生颗粒含量及尺寸可控，颗粒细小且弥散分布在熔体中，反应过程中不生成副产物、熔体干净，制得的复合材料具有轻质、高强、高弹性模量及良好的耐高温性能和耐磨性能。

本发明的技术方案是：将B₂O₃粉末、Cr₂O₃粉末混合均匀、烘干、压制得到混合粉末坯，将混合粉末坯分批次加入到在CO₂气体保护下的镁或镁合金熔体中，同时进行搅拌；内生反应结束后，加入精炼剂进行除气、除渣精炼，将复合熔体静置、清除表面残渣后浇入铸模，得到内生Cr₂B和MgO双相颗粒增强镁基复合材料，具体步骤如下：

（1）混合粉末制备：按照B₂O₃粉末和Cr₂O₃粉末的摩尔比为1:2的比例，将B₂O₃粉末和Cr₂O₃粉末在混料机中混料1～4小时，然后在干燥箱里在200～250℃的温度下干燥2～4小时得到混合粉末；

（2）混合粉末压坯：将步骤（1）获得的混合粉末用压力机在50～400MPa的压力下进行压制得到混合粉末坯；

（3）镁或镁合金熔化保温：将镁或镁合金在CO₂气体保护下加热到750～850℃熔化并保温10～30min，得到镁或镁合金熔体；

（4）将步骤（2）获得的混合粉末坯分批次加入到在CO₂气体保护下步骤（3）的镁或镁合金熔体中，控制反应的温度为750～850℃，同时以100～500r/min的搅拌速度搅拌，进行内生反应，搅拌反应70～90min，除渣后得到含有Cr₂B和MgO双相颗粒的复合熔体；

（5）熔体精炼：将步骤（4）所得的复合熔体的温度控制在700～740℃，向熔体中加入精炼剂，加入量为复合熔体质量的0.2～1.0%，搅拌5～15min进行除气、除渣精炼，得到精炼的复合熔体；

（6）浇铸成形：将步骤（5）中得到的复合熔体在700～740℃静置5～20min，清除残渣后浇铸到200～400℃预热的铸模中，得到内生Cr₂B和MgO双相陶瓷颗粒增强镁基复合材料。

步骤（1）所述B₂O₃粉末和Cr₂O₃粉末的粒度为100～400目。

步骤（3）中所述镁或镁合金为工业纯镁、铸造镁合金或变形镁合金中的一种。

步骤（4）所述混合粉末加入量占镁或镁合金质量的3.4%～17.16%。