[发明专利]一种双连续镁基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种双连续镁基复合材料的制备方法，属于复合材料制备技术领域。本发明所述双连续镁基复合材料中基体为镁合金粉末或纯镁粉，增强体为泡沫镍；制备方法为：首先对镁合金粉末或纯镁粉和泡沫镍进行预处理，将镁合金粉末或纯镁粉进行真空干燥以及球磨处理，并对泡沫镍进行电化学抛光；将预处理后的泡沫镍和镁合金粉末依次放入烧结模具中，通过放电等离子烧结技术（SPS）中进行烧结，得到致密度高、性能优异的双连续镁基复合材料；本发明所述复合材料相较于同等烧结条件下镁合金或纯镁机械性能有显著的提高。

技术领域

本发明涉及一种双连续镁基复合材料的制备方法，属于合金材料制备技术领域。

背景技术

镁及其合金具有密度低、比强度和比模量高、优良的阻尼减震性能等优点，因而是现代高科技领域中最具发展潜力的材料之一。然而镁合金的整体机械性能较差的缺点，严重限制了镁合金在现代工程领域的应用。目前能够有效增强其机械性能的方法就是将镁合金复合材料化。对于复合材料最为重要的就是增强体和制备工艺的选择，典型的增强体主要包括颗粒、晶须、纤维等。这些增强体在基体中分布的均匀性一直都是复合材料中不可避免的问题，而增强体分布的均匀性影响着材料最终的机械性能，并且在当施加外力时，由于增强体在基体中的不连续分布，造成基体中的局部应力集中。制备镁基复合材料的方法主要是熔炼和粉末冶金，其中熔炼方法存在如容易氧化、成份受限、晶粒粗大、缺陷较多和成形性达不到要求等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双连续镁基复合材料的制备方法，所述复合材料中的增强体为连续增强体，连续增强体的结构完整性和连续性能够形成有效的负荷转移，这样的结构还可以促进实现良好的阻尼能力和增强损伤容忍度，能够有效的进一步提高镁及镁合金的机械性能，所述方法具体包括以下步骤：

（1）对镁合金粉末（或纯镁粉）和泡沫镍进行预处理，将镁合金粉末（或纯镁粉）进行真空干燥以及球磨处理，并对泡沫镍进行电化学抛光，随后放入酒精中超声震荡。

（2）将预处理后的泡沫镍和镁合金粉末（或纯镁粉）依次放入烧结模具中，并施加约15MPa预压力把粉末和泡沫镍压实。

（3）将烧结模具装入SPS烧结腔体中，固定好热电偶，并保证在烧结过程中所施加的载荷与模具轴向平行以保证在烧结施压过程中不会造成偏压，损坏模具，待真空度达到12Pa以下，开始通电并施压进行烧结。

（4）烧结完成后，待模具温度降至100~130℃，利用压力机对烧结试样进行脱模。

优选的，本发明所述镁合金粉末（或纯镁粉）的粒度为400目；泡沫镍的纯度≥99.9%，孔径0.1~3mm，体积密度0.2~1.5g/cm³，镁合金粉末（或纯镁粉）的加入量为把泡沫镍的空隙填满。

优选的，本发明所述步骤（1）中电化学抛光的条件为：15%硝酸酒精溶液，电压为10V，抛光时间为40s。

优选的，本发明所述步骤（3）中烧结条件为：持续施加轴向压力为30MPa~35MPa，烧结温度为440℃~580℃，然后均在烧结温度下保温10min~30min。

本发明的有益效果：

（1）本发明所述双连续镁基复合材料，与纯镁合金相比，抗压强度和压缩率分别提高了6~19%和14~30.7%，泡沫镍在基体中充当一种骨架支撑的作用，对粉末颗粒具有约束效果，同时泡沫镍与基体在烧结过程中发生元素扩散以及反应结合（2Mg+Ni→Mg₂Ni），具有强化增强体与基体之间界面结合的效果，不易产生应力集中和裂纹，并且达到负荷转移的效果。

（2）本发明所述方法相对于传统的熔炼工艺，粉末冶金技术可以在较低的温度下制备出组织细小、性能优良的材料，可有效的避免熔炼和铸造等技术出现的问题，其中利用SPS烧结技术的优势能够快速制备出接近完全致密的材料，进一步提升了生产效率。

附图说明