[发明专利]一种混合相增强镁基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种混合相增强镁基复合材料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：对镁合金粉、纳米金刚石颗粒、硼酸镁晶须进行预处理，制备得到混合粉末；对混合粉末及磨球钢球，混合球磨，制备得到球磨后的混合粉；然后进行真空热压成坯和热挤压处理。本发明制备得到的混合相增强镁基复合材料的摩擦磨损性和拉压对称性得到显著改善。

技术领域

本申请属于金属结构材料技术领域，具体地说，涉及一种混合相增强镁基复合材料及其制备方法。

背景技术

作为最轻的金属结构材料之一，镁合金具有高比强度、比刚度、电磁屏蔽特性及良好的机械加工性等一系列优异的性能，从而在航空、航天、汽车等领域展现出巨大的应用前景和产业价值。尽管如此，相对较低的强度和较差的塑性还是在很大程度上制约着这种合金在各个领域进一步的广泛应用。因此，提高镁合金强度、改善镁合金的塑性是亟待解决的问题。

通过在镁合金基体中增强相的添加，能够有效实现材料的强化。相比单一增强体，增强体之间的相互作用、混杂效应等，使得混杂增强复合材料表现出更加优异的性能，包括更低的热膨胀系数、更高的耐磨性、高比强度、比模量、良好的尺寸稳定性和抗蠕变性等，从而为混杂增强镁基复合材料在军事、航空航天、汽车、机械等领域的广泛应用奠定基础。

目前制备混合相增强镁基复合材料过程中，由于这种增强体为纳米级，采用直接常规的球磨分散处理仍然存在不同程度的团聚现象，从而造成后期制备材料性能的下降。

发明内容

有鉴于此，本申请针对上述的问题，提供了一种混合相增强镁基复合材料及其制备方法，制备工艺中使用的混合相增强体分别为硼酸镁晶须和单粒子纳米金刚石；硼酸镁(Mg₂B₂O₅)晶须作为盐湖资源的开发产物，不仅具有良好的性能，而且价格仅为碳化硅晶须的五十分之一；纳米金刚石颗粒，热导率高、线膨胀系数低、杨氏模量、比模量大，将其作为增强体加入金属基体中，可显著提高基体材料的硬度、耐磨性、热导率，降低基体材料的热膨胀系数，在金属结构及功能材料方面展现出良好的应用前景。

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种混合相增强镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、预处理：对镁合金粉、纳米金刚石颗粒、硼酸镁晶须进行预处理，制备得到混合粉末；

步骤2、高能球磨:将清洗处理后的球磨罐放入真空手套箱，在球磨罐中放入步骤1制备得到的混合粉末及磨球钢球，混合球磨，制备得到球磨后的混合粉；

步骤3、真空热压成坯：将球磨后的混合粉装入不锈钢模具，并置入真空热压烧结炉中进行抽真空处理，对粉末进行压实处理；真空烧结炉中卸载压力，降温至室温，去除真空状态；脱模，取出坯件，真空手套箱中放置坯件，得到压实坯件，压实坯件的尺寸如下：直径为44-46mm，长度为25-30mm；

步骤4、热挤压处理：在挤压平台上放置热挤压模具，热挤压模具四壁均匀涂覆硬脂酸锌润滑剂，凹模位置均匀涂覆机油；校正挤压模孔心位置，保证完全对应四柱液挤压机压头；将压实坯件放入热挤压模具中；热挤压模具外放置电阻丝加热炉，保温棉覆盖，逐步升温；启动液压装置，进行热挤压，挤压载荷90吨，模具内样品顶端所受载荷500MPa；挤出样品，降温，卸载模具，热挤压制备得到的复合材料棒材。

进一步地，所述镁合金粉粉末粒度50μm，化学成分包括5.1wt％Zn，0.18wt％Zr；所述硼酸镁晶须呈短纤维状且表面相对光滑，晶须直径范围为0.5～1.5μm，长度为10～80μm，长径比为5～20；所述纳米金刚石颗粒的粒度为3～20nm。