[发明专利]一种镁基复合材料的制备方法

说明书

一种镁基复合材料的制备方法，按以下步骤进行：(1)准备镁锭作为原料；准备盐熔剂和增强体；(2)将盐熔剂置于坩埚中，加热制成盐熔剂熔体；加入增强体；(3)倒入常温的坩埚中，冷却至常温得到前驱体；(4)将铁坩埚预热至赤热状态，加入原料在953～1043K熔化；(5)将前驱体放入原料熔体中，搅拌后在温度953～993K条件下，加入精炼剂搅拌精炼，控制温度后静置形成浮渣和熔体；(6)除渣后将温度降至973～982K，浇铸。本发明的特方法使增强体均匀分散于熔盐之中，使增强体易于均匀分散在基体中；工艺简单，成本低，可以用来制备大体积的镁基复合材料结构件，并且可以进行自动化生产。

技术领域

本发明涉及一种复合材料制备方法，尤其涉及一种镁基复合材料的制备方法。

背景技术

镁合金具有密度小、高比强、以及减振性、电磁屏蔽性和机械加工性能优良等优点，是结构轻量化的理想材料，近年来镁合金的研究与应用得到高度重视。但是，镁合金也存在熔铸困难大、塑性变形困难、抗高温蠕变性差、耐蚀性差等问题；其中，强度低、易发生屈服变形是镁合金应用领域受限的一种重要原因，镁合金一般只能用作次受力件，这严重制约其应用领域；所以，生产高性能，低成本，高性能、轻量化的镁基复合材料迫在眉睫。

与传统镁及其合金相比，镁基复合材料在优异的力学性能之外，还具有某些特殊性能和其他良好的综合性能；目前，制备增强镁基复合材料的方法主要有传统的机械搅拌铸造法、挤压铸造法、喷射成型法、原位复合法等。

传统的机械搅拌铸造法是将颗粒、晶须、纤维等增强体加入到熔融的金属熔体中，利用机械搅拌的方法使得增强体均匀分布在基体中。传统的机械搅拌铸造法优势在于其成本低，工艺流程简单，可以进行大批量生产和大体积生产，在航天航空、汽车制造等行业应用广泛。增强体如何在金属熔体中均匀分布是制备镁基复合材料的关键性问题；然而，绝大多数的增强体进入熔融的金属熔体中往往会发生团聚或者沉淀，从而难以均匀分散在熔体中；而且在搅拌过程中，会随着搅拌而掺入气体杂质，增强体颗粒会增大熔体粘度，使气体逸出困难，所以对机械搅拌的要求很高。增强体在熔体中会发生如此现象；究其本质，原因在于增强体与金属之间有着密度的差别，则势必会发生比重偏析；增强体对于液态金属的润湿性差，则不可能很好地分散在基体中。

挤压铸造法是利用高压的作用，使液态金属或半固态金属充型凝固的精确铸造方法，首先将增强体进行预成型，加热后浇入金属熔液或者熔体，使用模具压入，冷却得到复合材料铸件。挤压铸造法能够减轻气体杂质对制品的质量的影响，且对润湿性要求小，可以得到致密均匀的铸件，可加入的增强体的体积分数也得到提高，可达到30～50％，可以显著提高复合材料的性能。但是存在压力对铸件质量影响的问题，当压力大时，熔液镁会发生紊流，造成镁氧化、气体滞留的现象；当压力小时，部分气体则无法被去除，造成铸件不致密的现象。此外，挤压铸造法无法生产大体积铸件，也无法进行批量自动化生产。

喷射成型法是利用稀有气体将熔融金属雾化进行喷射，与另一端由稀有气体输送的增强体混合，在平台沉积冷却，得到复合材料制件。喷射成型法应用金属快速凝固技术，抑制了晶粒的长大和偏析的形成，使得晶粒细化，且增强体分布均匀。雾化金属和混合沉积是喷射成型法的两大影响因素，雾化金属的过程中伴随着气体的传输，使得制件往往有较大的气孔率以及发生缩松现象；沉积后如果凝固过快，增强体和基体复合效果不佳甚至不发生复合，如果凝固慢，会造成增强体分布不均匀的现象甚至偏析；而且喷射成型法作为一种新型的复合材料制备方法，成本高，因此也不适用自动化批量生产。

原位复合法是一种制备金属基复合材料的新型方法；这种方法不用直接加入增强体，而是利用化学反应或其他的特殊的反应使增强体在熔体内生成，形核和长大均在基体中完成，因此不存在与基体不相容或者结合不佳的现象，从而避免了润湿条件的影响，使得复合材料均匀纯净。此方法成本低，工艺流程简单，得到的制件质量好；但是利用化学反应生成增强体的方法有着增强体数量少的局限性，因此，达不到大批量地生产的要求。