[发明专利]Al2

说明书

本发明涉及金属材料技术领域，尤其是一种Al₂Y颗粒和碳纳米管混杂增强超轻镁锂基复合材料及制备方法，其包含以重量百分比计的下列组分：5～20wt.％的微米尺度Al₂Y颗粒，1～5wt.％的纳米尺度Al₂Y颗粒，0.5～3wt％的表面镀镍碳纳米管，11～25wt.％的Li，余量为Mg，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt.％。制备方法包括微米/纳米尺度Al₂Y颗粒预处理、碳纳米管预处理和熔炼三个步骤。通过以β‑Li单相超轻镁锂合金为基体，选择密度较低的增强相，获得的镁锂基复合材料仍具优异的轻量化优势；微米/纳米尺度Al₂Y颗粒和碳纳米管作为增强相，发挥不同类型、尺度增强相在强化方面的不同作用，利用混杂增强实现协同强化的效果，强化效果远超传统单一种类、单一尺度增强相增强的镁锂基复合材料。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，涉及一种镁锂基复合材料及其制备方法，尤其涉及一种Al₂Y颗粒和碳纳米管混杂增强超轻镁锂基复合材料。

背景技术

现代航空航天领域对飞行器结构的减重要求已经不再是“斤斤计较”，而是“克克计较”。因此，新型超轻金属结构材料的开发显得尤为重要。镁锂合金是以镁和锂为主要组成元素的合金材料，由于锂的密度仅为0.534g/cm³，镁锂合金是目前为止密度最轻的金属结构材料。根据锂含量的不同，镁锂合金的密度在1.25～1.65g/cm³之间变化，不仅远低于钢、钛合金和铝合金，与普通镁合金相比也有明显优势(普通镁合金密度约为1.8g/cm³)。

根据镁锂二元相图，当锂含量在5.7wt.％以下时，合金为密排六方结构的α-Mg单相组织；当锂含量介于5.7～10.3wt.％之间时，镁锂合金为α-Mg+β-Li双相组织；当锂含量超过 10.3wt.％时，合金为体心立方结构的β-Li单相组织。由于锂的加入改变了镁合金的晶体结构，与普通镁合金相比，镁锂合金的加工变形能力也得到极大改善。除此之外，镁锂合金还具有高比强度、高比刚度、优良的减震性能、优良的热导性、电磁屏蔽以及抗高能粒子穿透能力，并且在低温下仍然具备良好塑性。镁锂二元合金的强度很低，几乎不具备工程应用价值。Al、Zn、Cd几种元素在镁锂合金中的强化效果较好，但合金的组织及性能稳定性较差，在室温或稍高于室温时易产生过时效现象。

复合强化是提高镁锂合金力学性能的常用途径。张清清等人在“一种金属间化合物超细颗粒增强金属基复合材料及其制备方法”(CN201210414648.4)提出在镁锂合金基体中加入超细金属间化合物颗粒，可明显提高镁锂基复合材料的力学性能。但现有镁锂基复合材料的力学性能仍不能令人满意。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Al₂Y颗粒和碳纳米管混杂增强超轻镁锂基复合材料及制备方法。通过向超轻镁锂合金基体中加入微米/纳米尺度Al₂Y颗粒和碳纳米管，在不明显提高合金密度的前提下，大幅提高镁锂基复合材料的强度，并保证良好的塑性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种Al₂Y颗粒和碳纳米管混杂增强超轻镁锂基复合材料，以β-Li单相超轻镁锂合金为基体，以微米/纳米尺度Al₂Y颗粒和碳纳米管为增强相，包含以重量百分比计的下列组分：5～20wt.％的微米尺度Al₂Y颗粒，1～5wt.％的纳米尺度Al₂Y颗粒，0.5～3wt％的表面镀镍碳纳米管，11～25wt.％的Li，余量为Mg，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt.％。

本发明所述的Al₂Y颗粒和碳纳米管混杂增强超轻镁锂基复合材料，其中，微米尺度 Al₂Y颗粒粒径为1～30μm。