[发明专利]一种具有核壳构型的镁锂基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有核壳构型的镁锂基复合材料制备方法；所述复合材料的组分为：Li 6～9％，Al 1～7％，Yb 0.1～2％，Y 0.5～2％，TiBsubgt;2/subgt;颗粒8～20％，余量为Mg。其制备方法包括：TiBsubgt;2/subgt;/Al粉预制块制备、气体保护熔炼、热处理三个阶段。本发明通过TiBsubgt;2/subgt;/Al粉预制块制备、气体保护熔炼、固溶热处理，实现了微米级TiBsubgt;2/subgt;颗粒在镁锂合金中的弥散分布，形成了具有TiBsubgt;2/subgt;/α‑Mg核壳构型的微观组织，克服了高颗粒含量下TiBsubgt;2/subgt;颗粒增强镁锂基复合材料塑性偏低的难题，制备得到的具有核壳结构的微米级TiBsubgt;2/subgt;颗粒增强镁锂基复合材料具有良好的强度和弹性模量，同时有效改善了塑性。

技术领域

本发明属于金属基复合材料及其制备领域；涉及一种颗粒增强镁锂基复合材料及其制备方法，尤其是涉及一种具有核壳构型的微纳米级TiB₂颗粒增强镁锂基复合材料及其制备方法。

背景技术

结构材料的轻量化一直是材料研究领域的热点问题之一。镁锂合金作为最轻的结构金属材料之一，除了具有密度极低(一般低于1.6g/cm³)的特性以外，还具有高比模量、比强度和良好的塑性以及优异的电磁屏蔽作用。然而，镁锂合金仍然存在一些问题，限制了其在各领域的推广应用，包括绝对强度和刚度的偏低以及时效软化的问题。因此，如何提升镁锂合金的强度和模量尤为重要。常规的镁锂合金强化方式主要包括合金化和热处理的方法。唐颂等公开了《一种高强高热稳定性超轻镁锂合金及其制备方法》(公开号CN114231809A)，使用合金化元素Ag作为强化元素，同时提高了镁锂合金的强度和热稳定性。然而，镁锂合金的弹性模量很难通过合金化和热处理的方法得到有效的提高。而采用复合材料的思想，在镁锂合金基体中加入高模量相，则可有效改善镁锂合金的弹性模量偏低的问题。

在各种金属基复合材料的制备方法中，搅拌铸造法是最接近实际工业生产条件的一种技术路线，兼具低成本和大规模生产的特性。然而，由于镁锂合金的高活泼特性，这使得镁锂基复合材料的选择十分受限。使用碳纳米管会与锂反应，生成的化合物会降低复合材料界面强度。氧化物颗粒例如Al₂O₃的弹性模量不够高，复合材料的弹性模量提升不明显。而使用TiB₂陶瓷颗粒(弹性模量为550GPa)则有望有效提升镁锂合金的强度和弹性模量。吴树森等公开了《一种混杂增强铝基复合材料及其制备方法》(公开号CN107460376A)，多种纳米颗粒、微米级铝或铝合金粉混合制备出毫米级复合颗粒，然后压成预制中间合金块，再添加到铝或铝合金熔体中，显著改善了金属基复合材料的各项性能。然而，搅拌铸造镁锂基复合材料的增强体颗粒的加入量一般不高于10％质量分数，过高的增强体含量会导致镁锂合金的塑性显著下降。因此，在高颗粒含量条件下制备的复合材料保持相当的塑性是十分困难的。有必要针对镁锂双相合金的特性，开发新的成分和制备方法，设计合理的微观组织构型，实现高颗粒含量条件下镁锂基复合材料的强度和模量提升，同时改善其低塑性的问题。

发明内容

针对搅拌铸造高颗粒含量增强体颗粒增强镁锂基复合材料的塑性偏低的问题，本发明的目的在于提供一种具有核壳结构的微米级TiB₂颗粒增强镁锂基复合材料及其制备方法。本发明通过TiB₂/Al粉预制块制备、气体保护熔炼和热处理三个阶段，特别是气体保护熔炼中的半固态处理阶段，在加入锂单质前，首先使α-Mg在TiB₂颗粒上异质形核，形成具有TiB₂/α-Mg核壳结构的半固态浆料，随后加锂浇铸后获得微观组织具有TiB₂/α-Mg核壳结构的镁锂基复合材料，实现高颗粒含量下搅拌铸造镁锂基复合材料的强度和模量提升，同时显著改善了复合材料的塑性偏低的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：