[发明专利]一种高刚度阻燃镁基复合材料及其制备方法

说明书

一种高刚度阻燃镁基复合材料及其制备方法，镁基复合材料化学成分重量百分含量为：Al 3.0～9.0％，Ca 1.0～3.0％，Zn 0.5～1.0％，Ce 0.5～1.0％或Gd 0.5～1.0％，余量为Mg和不可避免的杂质，且还添加陶瓷增强粒子，陶瓷增强粒子的体积分数占镁基复合材料体积的4～10％。本发明镁基复合材料通过调配元素比例和添加陶瓷增强粒子，同时添加Ca、Ce或Gd、陶瓷增强粒子，使镁基复合材料同时具有较高的刚度和良好的阻燃性能；且不添加贵重金属元素，原料价格便宜，大大降低了合金成本。其制备方法避免了常规球磨、热压、热变形加工等工艺，流程简单、工艺参数易于控制，生产成本低，适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于镁基合金领域，具体涉及一种高刚度阻燃镁基复合材料及其制备方法。

背景技术

镁的密度约为铝的三分之二，不到钛的一半，镁基材料轻量化的优势使其在航空航天、军工、汽车、轨道交通等多个领域具有广阔的发展前景。在过去数十年内，不断开发出高强度，高抗蠕变等高性能的镁合金，使其应用范围大大扩展。

近年来，新能源汽车行业高速发展，但是续航里程不足一直都是新能源汽车产业发展的短板。提升电动汽车的续驶里程，除了加强电池和驱动系统之外，与车身轻量化的程度也密不可分，为了尽可能轻量化，结构设计时不断应用高性能轻质材料和先进制造工艺。作为目前可应用的最轻的金属结构材料，镁基材料在新能源汽车领域具有广阔的发展前景。

现开发的材料并不能同时满足高刚度和阻燃的效果。现有技术中提高镁基材料刚度的手段是向镁基体中添加如碳化硅、氮化硼等增强粒子，但是添加的工艺方法相对复杂，如需要将镁屑与增强体混合球磨再热压，或者需要将铸造出的镁基复合铸锭进一步挤压成形等。

而对于提高镁基合金的阻燃性能，思路在于向镁合金中添加适量的低氧位合金元素，所谓低氧位合金元素即指与氧的亲和力大于镁与氧的亲和力的合金元素，改变合金液表面的氧化膜结构，将原来疏松的氧化镁膜转变为一种致密的复合氧化膜，阻止氧气与镁的结合，将镁合金的燃烧点温度提高到700℃以上而实现熔炼和加工过程中的阻燃。

中国专利CN103834840A公开了“一种新型阻燃耐热高强镁基材料及其制备方法”，制备出Mg-Al-Ca-SiC阻燃镁基复合材料，其化学成分成分质量百分比为：Ca：0.5％～5％，Al：1％～9％，Zn：1％，SiC体积分数为1～15％。但是制备过程复杂，需要经过SiC颗粒准备、熔炼、SiC分散、浇铸、挤压等过程，SiC在镁基体中分散困难。且获得的镁基合金并没有具体说明其阻燃及力学性能，在该专利中强调的是温度超过150℃的中高温工作环境。

中国专利CN103343272B公开了“一种添加钙、铈的阻燃镁合金及制备方法”，制备出Mg-Al-Ca-Zn-Mn-Ce合金，其化学成分质量百分比为：Mg：85.90～88.03％、Al：8.18～9.15％、Zn：0.43～0.87％、Mn：0.16～0.38％、Ca：2.20～2.50％、Ce：1.00～1.20％。但是合金体系复杂，生产的合金性能不稳定，不能同时满足高阻燃和高刚度的要求。

中国专利CN101629261A公开了“一种稀土阻燃镁合金及其制备方法”，制备出Mg-Y-Dy阻燃镁合金，其化学成分质量百分比为：Mg：96.00～98.19％、Y：0.31～0.50％、Dy：1.5～3.5％。但是制备工艺复杂，需要在600℃、650℃、720℃间歇性通入保护气，Y和Dy均为稀土元素，合金价格高，获得的镁基合金弹性模量提高不明显，无法满足高刚度的要求。

现有的常规镁基材料弹性模量约为45GPa，比铝合金低35％，刚度相对铝基材料低；镁合金燃点低，约为550～650℃，且形成的氧化膜疏松多孔，无法阻止基体与氧气反应，会发生进一步燃烧。如何获得高刚度和良好阻燃性能的镁基材料，使其能满足新能源汽车电池包壳体等关键部件的要求，是现在急需解决的问题。

发明内容