[发明专利]纳米钛颗粒增强镁基复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及合金技术领域，公开了纳米钛颗粒增强镁基复合材料及其制备方法与应用。纳米钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法，包括：将纳米钛颗粒加入热固性树脂中，将混合有纳米钛颗粒和热固性树脂的液料搅拌均匀，然后加热固化得到预制固料；将预制固料粉碎成为预制粒料；在真空或惰性气体保护条件下将预制粒料加入镁合金熔体中，并进行搅拌混合，待熔体内无气体挥发物逸出时浇铸成型。纳米钛颗粒增强镁基复合材料，采用上述制备方法制得。采用本发明提供的制备方法制得的镁基复合材料，由于纳米钛颗粒在其中分散均匀没有团聚，因此其强度和弹性模量较高，适合应用于机械装备、交通运输工具中。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料制备技术领域，具体而言，涉及纳米钛颗粒增强镁基复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

纳米钛颗粒加入镁合金后，可以显著提高镁合金的强度和弹性模量等性能，在机械装备、交通运输工具等领域有广阔的应用前景。目前纳米钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法主要有粉末冶金法、搅拌铸造法、喷射沉积等。搅拌铸造法是低成本、短流程制备金属基复合材料的方法，适合于大批量生产镁基复合材料。

但若采用搅拌铸造法制备纳米钛颗粒增强镁基复合材料，由于纳米钛颗粒比表面积大，表面活性高，在范德华力和静电力的影响下，具有强烈的团聚倾向。加入镁合金熔体后颗粒分散性能很差，极易发生团聚成块，失去纳米颗粒所具备的纳米效应，从而影响纳米钛颗粒优势的发挥。即使采用长时间、高速度的机械搅拌，也很难将团聚的纳米碳颗粒均匀分散开。同时，由于钛颗粒密度与镁合金熔体存在较大差异，加入熔体后颗粒容易发生沉降或漂浮。因此，如何提高纳米钛颗粒在熔体中的分散效果，解决沉降和漂浮，对于制得宏观分布均匀、微观颗粒不团聚的复合材料具有重要意义。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米钛颗粒增强镁基复合材料及其制备方法与应用。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供纳米钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法，包括：

将纳米钛颗粒加入热固性树脂中，将混合有纳米钛颗粒和热固性树脂的液料搅拌均匀，然后加热固化得到预制固料；

将预制固料粉碎成为预制粒料；

在真空或惰性气体保护条件下将预制粒料加入镁合金熔体中，并进行搅拌混合，待熔体内无气体挥发物逸出时浇铸成型。

在可选的实施方式中，纳米钛颗粒与树脂的质量比为1:1～3。

在可选的实施方式中，热固性树脂为环氧树脂；

在可选的实施方式中，环氧树脂为E-51、E-44和E-20中至少一种。

在可选的实施方式中，加热固化温度为40～120℃。

在可选的实施方式中，将混合有纳米钛颗粒和热固性树脂的液料搅拌均匀的方式为：

将纳米钛颗粒和热固性树脂混合后采用机械搅拌进行初步混匀，然后再采用超声波搅拌10～60min，超声波搅拌时超声波频率为10～25KHz，功率为100～1000W；

在可选的实施方式中，机械搅拌的速度为30～200rpm，搅拌时间为30～120min。

在可选的实施方式中，纳米钛颗粒与镁合金熔体的质量比为0.5～10％。

在可选的实施方式中，预制粒料与镁合金熔体混合过程中采用机械搅拌或电磁搅拌，搅拌转速为50～300rpm；

在可选的实施方式中，预制粒料的粒度为毫米级。

在可选的实施方式中，纳米钛颗粒的粒径为1-600nm；优选为20-200nm。