[发明专利]一种钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法

说明书

一种钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其主要是先将镁粉和钛粉通过高能球磨20～50小时制备成纳米晶复合材料粉末，随后在室温下用4～6GPa的压力固化成纳米晶复合材料块体，然后对固化块体在300～350℃进行一次除气预退火，再在400～500℃进行二次再结晶退火，得到钛颗粒增强镁基复合材料块体。本发明制备工艺简单、成本低廉，制备的材料组织致密，制备的钛颗粒尺寸细小，均匀地分布在基体晶粒内部，且钛颗粒与镁基体间的界面干净、结合良好，强化作用显著。同时钛颗粒的含量可控。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，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。陶瓷颗粒增强体的加入在严重降低镁合金塑韧性的同时对抗拉强度的提高十分有限，有时甚至会出现降强现象。与陶瓷相反，许多金属和合金不仅具有较高的强度、刚度和塑变能力，而且与镁的晶体学和物理学特征均相对接近，有望得到较好的界面结合和较少的内部缺陷，因而更好地发挥增强体的增强作用。所以，金属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。

钛颗粒具有比强度高、塑韧性好、耐蚀性好等优点，钛与镁之间的物理化学性质相似、兼容性好，而且钛和镁之间的浸润性特别好，用钛及钛合金颗粒加入到镁中，有望得到强度和塑性兼备的镁基复合材料。目前国内外有关钛颗粒增强的镁基复合材料的报道较多，主要通过搅拌铸造和粉末冶金法+热变形两种方法制备。例如，中国专利“钛合金颗粒增强镁基复合材料的制备方法”(CN 1718792 A)，将粉末冶金法和热挤压法结合起来制备出钛颗粒增强镁基复合材料。中国专利“一种钛合金颗粒增强镁基复合材料的制备方法”(CN104789804 A)，采用TC4(Ti-6Al-4V)钛合金颗粒作为镁合金的增强体，通过搅拌铸造方法制备了钛合金颗粒增强镁基复合材料。通常情况下，这些方法制备的增强颗粒与基体的界面结合良好，发挥了一定的强韧化作用。但同时这些方法制备的钛颗粒尺寸较大，一般在几十微米范围内，且这些颗粒主要分布在基体晶粒边界上，这些因素严重限制了钛颗粒在基体中强韧化作用的发挥；同时，一般的粉末冶金法需要结合后续热变形等一系列复杂加工程序才能实现材料组织的致密化，使材料制备周期变长、成本大大提高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种工艺简单、成本低、合成的钛颗粒尺寸细小、均匀地分布在基体晶粒内部、与基体的界面结合紧密、含量可控，同时制备的材料组织致密的钛颗粒增强镁基复合材料制备方法。本发明主要是先将镁粉和钛粉通过高能球磨制备成镁钛纳米晶复合材料粉末，随后在室温下对镁钛纳米晶复合材料粉末进行高压固化，得到镁钛纳米晶复合材料块体，然后进行一次除气预退火和二次再结晶退火，在获得致密无孔组织的同时使细小的钛颗粒被吞入基体晶粒内部，从而得到钛颗粒增强镁基复合材料块体。

本发明的制备方法包括如下步骤：

(1)反应物原料为镁粉与钛粉，按钛粉与镁粉的质量比为1:(9～199)的比例，将它们混合；所述的镁粉和钛粉的纯度大于99.5wt.％，粒度范围10～100μm；

(2)按每4g混合粉末加入10ml正己烷的比例，将镁粉和钛粉的混合粉末与正己烷一起装入球磨罐中，通过高能球磨使镁粉与钛粉发生机械合金化反应，球磨时间为20～50小时；

(3)将球磨后的粉末在真空下加热干燥，加热温度为80～100℃，时间为10小时；然后装入模具在室温下冷压成形，成形压力为2～4MPa。

(4)将冷压块在室温下进行高压固化，固化压力为4～6GPa，固化时间为0.5小时。

(5)对固化块体进行一次除气预退火，退火温度为300～350℃，时间为0.5～1小时。