[发明专利]一种具有特殊三相共存结构的镁基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有特殊三相共存结构的镁基复合材料及其制备方法，其主要步骤为：将钨粉和石墨粉按比例球磨得到原生碳化钨(WC)粉体；将镁粉/铝粉/钛粉与其它元素按一定比例混合，高能球磨得到高晶化温度的镁基/铝基/钛基非晶合金粉体；将WC粉体按比例与非晶合金粉体混合并球磨；将WC‑非晶合金混合粉体按比例加入到镁合金粉体中，再加入酒精，利用超声辅助方式进行机械搅拌，充分混合均匀后再烘干；将烘干的复合粉体进行高压压实，得到致密复合块体坯料，然后低温热压烧结；将烧结得到的复合块体以高加压比进行热挤出，最后得到具有特殊三相共存结构的原生WC与非晶合金共强化镁合金复合材料。

技术领域

本发明涉及一种轻金属复合材料，特别涉及一种硬质碳化物和非晶合金共强化镁合金复合材料及其制备方法。

背景技术

镁合金材料由于其密度低、比强度高、比刚度高、阻尼性能好、导热性好、易于回收利用等特点，被广泛应用于航空、航天、车辆、3C电子产品等领域。然而，由于大多数镁合金是密排六方晶体结构，而这种晶体结构具有较少的独立滑动系统，导致镁合金具有较低的室温塑韧性，另外镁合金的力学强度和抗蠕变性能也都较低，这些都限制了镁合金材料的广泛应用。

根据强化机理，利用具有高硬度、高模量的微纳米级颗粒与细晶镁合金材料进行复合，可以显著改善镁合金材料的综合力学性能。目前，国内外研究镁基复合材料的文献报道中，比较常用的增强体主要有碳化硅、氧化物(氧化铝、二氧化硅等)、碳化硼、碳化钛、硼化钛、石墨烯、晶须/纤维、碳纳米管等，而制备方法主要有搅拌熔铸法、挤压铸造法、粉末冶金法、机械合金化法、无压浸渗法、等离子烧结法、摩擦搅拌焊等。中国专利(2014104281413)公开了一种搅拌熔铸法制备高强高韧镁基合金的方法，其方法是：在惰性气体的保护下将纯Mg锭、Zn锭熔化，并加入其它合金元素，待充分熔化后，再加入碳化钨晶须、氮化硼纳米管颗粒以及石墨烯(各组分的重量百分比为：Zn 4.5-5.5％，Sn0.7-0.8％，Gd 0.28-0.30％，Ti 1-1.5％，Al 0.5-1％，Ca 0.7-0.8％，Sr 0.9-1.1％、La 0.3-0.4％，Sm 0.4-0.45％，Nd 0.45-0.55％，Y 0.4-0.45％，Zr 0.4-0.5％，Mn 1-1.1％，Cu 0.3-0.4％，Ce 0.3-0.35％，Nb 1-1.2％，氮化硼纳米管颗粒4-6％石墨烯5-6％，碳化钨晶须3-4％，剩余组分为Mg)，进一步熔炼，熔炼的同时进行搅拌，熔炼完成后充分静置，然后继续升高温度至750℃以上进行精炼，最后将合金液注入经预热的模具中，自然冷却获得高强高韧镁基合金。中国专利(CN107523727A)公开了通过挤压铸造法制备出力学性能优良的碳化硅增强镁基复合材料(最大抗拉强度305MPa，伸长率达到8.25％)。中国专利(CN201710138404.0)公开了一种纳米碳化钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法，将预制体加入液态镁合金中，对升温至熔点以上70℃的掺杂纳米碳化钛颗粒预制体的镁合金熔体同步施加超声振动作用下的机械搅拌，有效解决了纳米碳化钛颗粒的均匀分布问题，实现了外加纳米碳化钛颗粒均匀分布，其最大抗拉强度达到345MPa，同时保证了复合材料具有良好的塑韧性(伸长率达到18％)。中国专利(申请号201710900751.2)公开了一种混合相增强镁基复合材料及其制备方法，其主要工艺步骤：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，经混合球磨制得球磨后混合粉，再真空热压成坯和热挤压处理。该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，其综合力学性能也有非常显著的提高(拉伸/压缩的屈服强度分别为390MPa和433MPa；最高拉伸/压缩强度分别为418MPa和480MPa；拉伸/压缩应变率分别为6.2％和10.1％)。