[发明专利]具有优异高温力学性能的AlN/AE44复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有优异高温力学性能的AlN/AE44复合材料，所述复合材料中各组分的质量百分比含量为：镁基体合金：99‑99.8％，AlN颗粒：0.2％‑1.0％；其中所述镁基体合金包括RE：3.5‑4.5％，Al：3.5‑4.5％，余量为Mg。本发明还提供了一种具有优异高温力学性能的AlN/AE44复合材料的制备方法。通过采用耐热的AlN颗粒强化镁基体合金，同时在熔炼过程引入机械搅拌和超声波分散促进AlN颗粒的均匀分散；由于AlN颗粒与镁基体合金的界面反应，使得AlN颗粒的加入，有效促进了AE44合金内的球粒状Al‑RE第二相的大部分析出，并且第二相在晶粒内保持弥散均匀分布，进而有效阻碍合金变形过程中晶内的位错运动，对合金的高温性能起明显的强化作用，从而有效提升了合金的高温性能。

技术领域

本发明属于镁合金基复合材料技术领域，具体涉及一种具有优异高温力学性能的AlN/AE44复合材料及其制备方法。

背景技术

如今，汽车是人们出行的主要交通工具，镁合金作为目前金属结构材料中最轻的合金，不仅比强度和比刚度高，减振性能也好。在汽车领域中，镁合金可以大幅度减轻物件的重量从而降低能耗，因此通过镁合金材料实现减重已经成为汽车制造业的重要趋势。然而，汽车部件在使用中要承受长时间高温。但温度超过120℃时，镁合金强度会明显下降，无法满足结构件在高温下的使用需求，因此需要对镁合金的耐热性能进行提升。

Mg-RE-Al系合金是目前研究和应用较多的耐热合金体系，其中AE44系合金不仅具有优异的耐高温性能，而且RE含量要求较低，在工业生产应用中能大幅降低成本，因此目前已应用于汽车行业中。但温度高于200℃时，该系合金的第二相仍不能有效地保持晶界的稳定性，因此合金抗拉强度较弱，大大限制了其应用范围，需要探究相关工艺来调控AE44(其中AE44为Mg-4Al-4RE合金的通称)系合金组织、提升200℃以上的高温性能。

目前可通过外加颗粒形成镁基复合材料、热处理、热挤压等方法来提高镁合金的耐热性能。其中AlN颗粒不仅具有高熔点、高硬度、热稳定性好等耐高温特性，并且其晶体构型与晶格参数也与Mg相近，是镁合金中极具发展潜力的增强相。而添加颗粒提升镁合金耐热性的效果，不仅可以通过改善颗粒在晶内的均匀分布来实现，通过颗粒-基体的界面反应来调控合金内生第二相的形成与分布也是提升合金性能的重要方面。因此向AE44系合金中引入AlN颗粒，研究AlN颗粒对AE44合金的第二相组织的调控作用，对探究镁合金高温性能的强化方式具有重要意义。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种具有优异耐高温力学性能的AlN/AE44复合材料，旨在解决现有AE44复合材料的高温力学性能不佳的问题。本发明还提供了该具有优异耐高温力学性能的AlN/AE44复合材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有优异高温力学性能的AlN/AE44复合材料，所述复合材料中各组分的质量百分比含量为：镁基体合金：99-99.8％，AlN颗粒：0.2％-1.0％；其中所述镁基体合金包括RE：3.5-4.5％，Al:3.5-4.5％，余量为Mg。

在某些具体实施例中，所述AlN颗粒的粒径为40-60nm。

一种前述具有优异高温力学性能的AlN/AE44复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)复合材料的熔炼、铸锭：按上述配方要求，将AlN颗粒加入镁基体合金熔体中，采用机械搅拌对AlN颗粒进行初步分散，得复合熔体；将复合熔体升温至液相线温度后，采用超声波对复合熔体进行进一步分散，分散完成后，保温静置后浇铸成型，得铸锭；

2)对步骤1)所得的铸锭进行均匀化热处理和挤压成型，得到具有优异高温力学性能的AlN/AE44复合材料。

在某些具体实施例中，所述镁基体合金熔体的制备过程为：