[发明专利]一种多孔框架结构增强镁基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔框架结构增强镁基复合材料及其制备方法，包括增强体和镁及镁合金基体；所述增强体为钛及钛合金多孔框架结构。使用熔渗工艺，结合超声振动和复合精炼将镁及镁合金熔渗到多孔框架结构当中，制得的镁基复合材料，其具有增强体分布均匀、润湿性优良且界面结合较强、晶粒细小等优点，有效解决现有技术的颗粒在镁基体中分布不均匀、润湿性较差和界面结合较弱，导致增强体增强效果不理想等的技术问题。在航空航天、汽车、机械制造、3C等高新技术领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及镁基复合材料技术领域，尤其涉及一种多孔框架结构增强镁基复合材料及其制备方法。

背景技术

镁基复合材料具有比强度高、密度小、热稳定性好、耐蚀性大幅度提高等一系列优点，同时还兼具有良好的阻尼性能和电磁屏蔽性能，尤其是镁基复合材料的弹性模量相对镁合金有明显提高，被认为是继铝基复合材料之后又一影响力极强的轻金属复合材料。但是，镁合金的高温性能差、耐腐蚀性能差、耐磨性能差、抗蠕变性能差，这些缺陷都限制了镁合金的进一步应用。

目前，常采用碳纳米管、石墨烯、SiC 颗粒、纳米TiC颗粒、Al₂O₃颗粒、B₄C颗粒等作为镁基复合材料的增强体，并开发出了众多体系的镁基复合材料，制备方法有搅拌铸造法、熔体浸渗法、粉末冶金法、原位反应自生法及喷射沉积法等，但尚存在增强体在基体中分散难、界面结合质量差、增强体结构易受损且制备的复合材料脆性大等问题，尤其难以制备大尺寸的镁基复合材料。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种多孔框架结构增强镁基复合材料，以及所述镁基复合材料的制备方法，解决现有颗粒增强体在镁基体中分布不均匀、润湿性较差和界面结合较弱，导致增强体增强效果不理想的问题。此外，本发明镁基复合材料尺寸和形状可以通过激光增材制造控制，突破了传统复合材料的制备局限。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：

一种多孔框架结构增强镁基复合材料，包括增强相和镁及镁合金基体；所述增强相为钛及钛合金多孔框架结构。

进一步，所述钛及钛合金多孔框架结构为采用激光增材制造技术制成的多面体结构，所述多孔框架结构的孔隙率为75～95%。

进一步，所述钛及钛合金包括纯钛、TA系列合金及TC系列合金。

进一步，所述镁及镁合金基体包括纯镁、AM50、AZ91、VW92合金及Mg-RE镁合金。

进一步，所述多面体结构为正八面体或正十二面体。

一种多孔框架结构增强镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1）制备多孔框架结构：采用激光增材制造技术，用钛及钛合金制备多孔框架结构；

2）清洗多孔框架结构：步骤1）制造的多孔框架结构先用5-8％的硝酸水溶液超声清洗15分钟～30分钟，再用清水超声清洗15分钟～30分钟；

3）熔炼和精炼基体合金：将镁或镁合金放入坩埚中，向坩埚内通入体积比为100：1的CO₂和SF₆混合保护气体，升温至720℃～780℃下得到镁或镁合金熔体；向熔体中加入10g～50g精炼剂，充分搅拌均匀，打渣；在730℃～740℃下保温30分钟～40分钟；

4）液态基体合金熔渗多孔框架结构：将步骤2）清洗过的多孔钛或钛合金框架结构经150℃～250℃预热；置入步骤3）精炼后的熔体中，在720℃～780℃条件下保温5分钟～30分钟；然后，超声处理10分钟～15分钟，得到液态镁基复合材料；

5）冷却凝固：将步骤4）所得液态镁基复合材料冷却，得到铸态的多孔框架结构增强镁基复合材料。

进一步，步骤4）所述超声处理为将超声变幅杆加入熔体中，超声波频率为18~21H_Z。