[发明专利]一种纳米MgO颗粒增强的镁基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种纳米MgO颗粒增强的镁基复合材料的制备方法，其主要是通过在高能球磨条件下通过镁粉与氧气发生氧化反应，原位合成纳米MgO颗粒增强的镁基复合材料粉末，然后在2GP～6GPa的高压、400～600℃条件下对复合材料粉末进行高压烧结，从而得到纳米MgO颗粒增强的镁基复合材料块体。本发明工艺简单、成本低廉，制备的镁基复合材料性能优异，制备的纳米MgO的平均颗粒尺寸7～8nm，颗粒尺寸细小分布均匀，与镁基体间的界面干净、具有原子级的紧密结合，同时MgO的含量可控。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种镁基复合材料的制备方法。

背景技术

随着节能环保成为当今时代的主题，汽车、航空航天等工业领域对开发轻质、高比强度的结构材料的需求越来越大。镁及镁合金是目前广泛应用的最轻的金属结构材料。颗粒增强的镁基复合材料凭借其高比强度、高硬度、高弹性模量和良好的耐磨性，且制备工艺简单、成本低等优点得到了广泛研究。当增强颗粒含量一定时，颗粒尺寸越小，强化效果越好。所以对纳米颗粒增强的镁基复合材料制备与性能的研究已成为众多企业和学者的研究目标之一。

MgO陶瓷颗粒具有高硬度、高弹性模量、低密度、低膨胀系数等优点被广泛应用于铝、镁、铜基复合材料的增强相。MgO颗粒增强的镁基复合材料的制备方法主要有搅拌铸造、粉末冶金、机械合金化等。例如，中国专利“一种原位合成MgO增强镁基复合材料的制备方法”(CN 102392172A)，将搅拌铸造法和原位反应法结合起来制备出MgO增强镁基复合材料，但这种方法制备的MgO陶瓷颗粒尺寸粗大且不易分布均匀。Lai等用高能球磨制备出了Mg-Al-Ti/MgO复合材料[Composite Structures，2002，57，183-187]，这种方法制备的MgO颗粒尺寸细小且分布均匀，且热压成形后基体的晶粒尺寸细小，但该体系反应过程复杂、MgO含量不易控制，且成本较高。因此，上述方法制备的MgO颗粒增强的镁基复合材料的性能受到较大影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有MgO颗粒增强镁基复合材料制备方法存在的不足，提出一种工艺简单、合成的MgO颗粒尺寸细小、分布均匀、与基体的界面结合紧密、MgO生成量可控的纳米MgO颗粒增强的镁基复合材料的制备方法。本发明主要是在高能球磨条件下通过镁粉与氧气发生氧化反应，原位合成纳米MgO颗粒增强的镁基复合材料粉末，然后在高压条件下对复合材料粉末进行高压烧结，从而得到纳米MgO颗粒增强的镁基复合材料块体。

本发明的制备方法包括如下步骤：

(1)反应物原料为镁粉与高纯氧气；所述的镁粉的纯度大于99.5wt.％，氧气的纯度大约99vol.％；

(2)按每4g镁粉加入10ml正己烷的比例，将镁粉与正己烷装入球磨罐中，并通入高纯氧气，通过球磨使镁粉与氧气发生原位化学反应，球磨时间为10～20小时，球磨机的转速为1000rpm；所述的通入的高纯氧气量为每2g镁粉对应50ml的0.05～0.2MPa的氧气；

(3)将球磨后的粉末在真空下加热干燥，真空加热温度为80～100℃；

(4)将干燥后的粉末装入磨具，在室温下4～8MPa冷压成形；

(5)将冷压块体进行高压烧结，压力为2～6GPa，烧结温度为400～600℃，时间为0.5～1小时，得到纳米MgO颗粒增强的镁基复合材料块体。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、采用高能球磨原位反应结合高压烧结制备纳米MgO颗粒增强的镁基复合材料，合成的MgO颗粒尺寸细小、分布均匀、与基体的界面结合良好、MgO生成量可控，并且高压烧结后基体的晶粒尺寸细小，最终可得到性能优异的纳米MgO颗粒增强的镁基复合材料。

2、制备工艺简单、环境友好、成本低，具有广阔的工业化应用前景。

附图说明