CN100444994C - 镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于复合材料技术领域的镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料的制备方法。具体步骤如下：选用碳化硅颗粒，在其表面通过化学镀覆工艺沉积一薄层铜涂层；复合材料中增强体颗粒的体积百分含量5-30%，折算出所需涂层碳化硅颗粒的重量和所需原料镁粉的重量；将所需量的涂层碳化硅颗粒、镁粉及玛瑙球加入到混料机中进行混合2～48小时；把混合均匀的粉末放入模具中，在室温下压制成块；将压制的块体于真空炉中进行烧结；将烧结后的块体再进行热挤压，面积压缩比为10∶1。本发明制备出了增强相颗粒分布均匀、界面结合良好、而且兼具良好力学性能和阻尼性能的镁基复合材料，为制备结构功能一体化的镁基复合材料开辟了一条新的途径，进一步拓展了其应用领域。

Description

镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种用于复合材料技术领域的制备方法，具体是一种镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料的制备方法。

背景技术

材料的阻尼性能在控制结构的振动和噪音中起了重要的作用，因而也延长了循环载荷或冲击下材料的服役寿命。在所有的商业金属结构材料中镁具有最高的阻尼性能，然而弱的机械性能限制了其更为广泛的应用。因此，改善镁的机械强度而保持其固有的高阻尼性能成为了众多研究的核心问题。

经对现有技术的文献检索发现，C.Mayencourt等人在《Phys.Status.Solidi.A》(1997，163：357)上发表论文“高阻尼复合材料：Mg₂Si/Mg的研究”，该文提出通过定向凝固工艺制备纤维增强复合材料Mg₂Si/Mg，拥有工业铸造镁合金AZ63相当的拉伸强度而阻尼性能却改善了10-100倍，该工艺得到的纤维复合材料的性能存在各向异性，而且定向凝固工艺复杂，不适合工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足和缺陷，提供一种镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料的制备方法，使制备的复合材料获得强度和阻尼性能的良好匹配。该复合材料是以化学镀铜(Cu)的碳化硅(SiC)粒子为增强相，以纯镁或镁合金为基体相，通过在碳化硅颗粒表面化学镀铜来得到特殊的界面层。

本发明是通过以下技术方案实现的，方法步骤如下：

(1)选用不同尺寸的化学镀铜碳化硅颗粒和纯镁粉或镁合金粉复合制备镁基复合材料，应满足基体为纯镁粉或镁合金粉体积百分比70％-95％与含化学镀铜层的碳化硅颗粒5％-30％的体积百分比混合制得。

(2)步骤(1)所述化学镀铜层为通过化学镀铜在碳化硅颗粒表面沉积的一层铜涂层，铜的重量百分比占含化学镀铜层碳化硅颗粒总重量的10％～50％，碳化硅颗粒的重量百分比为50％～90％。

(3)将含化学镀铜层碳化硅颗粒、镁粉及玛瑙球按球料重量比为3∶1的比例加入到混料机中进行混合2～48小时，其中，混料机转速为30～60r/min。

(4)把混合均匀的粉末放入模具中，在室温下压制成块，压制块的致密度约为70％～90％。

(5)将压制的块体于真空炉中进行烧结，烧结温度为400℃～550℃，烧结时间1～4小时，真空度为1×10^-3Pa以上。

(6)将烧结后的块体再进行热挤压，挤压温度为350℃，面积压缩比为10∶1，获得镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料。

镁具有高的本征阻尼性能，加之复合材料的界面效应，可保证本发明的复合材料具有良好的阻尼性能。碳化硅表面的化学镀铜层可以有效改善碳化硅和镁基体之间的润湿，促进烧结，从而提高最终的力学性能，达到高强度高阻尼的结构与功能一体化。

高性能复合材料体系的发展很大程度上取决于界面改性及相关性能的提高，界面层的选择或设计对于优化复合材料最终的性能起了一个关键的作用。遗憾的是，以前的研究几乎没有关注界面层(如颗粒表面涂层)的存在对复合材料整体阻尼性能的影响。由于镁基复合材料的界面对其力学性能和阻尼性能的影响显著，采用碳化硅颗粒表面镀铜方法可得到具有特殊界面层的镁基复合材料，使其具有良好的力学性能和阻尼性能的综合。本发明镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料的制备工艺，不仅保证了复合材料具有高的拉伸强度和阻尼性能，而且测试数据重现性好，复合材料具有各向同性的特征。

本发明的有益效果是：利用常规粉末冶金技术并辅以热挤工艺，选取合适的涂层厚度、颗粒体积分数、烧结温度、烧结时间、挤压温度及挤压比制备出了增强相颗粒分布均匀、界面结合良好，而且兼具良好力学性能和阻尼性能的镁基复合材料，为制备结构功能一体化的镁基复合材料开辟了一条新的途径，进一步拓展了其应用领域。例如以体积含量为10％的镀铜SiC/Mg复合材料的抗拉强度约为208MPa，提高镁的强度约100％，同时其室温阻尼性能接近于0.008，达到较高阻尼水平。

具体实施方式

实施例1

本实施例的镀铜碳化硅颗粒增强的镁基复合材料，SiC粒子的体积百分数为5％。采用40μm纯镁粉和14μm的SiC粒子为原始粉末材料，在SiC粒子表面化学镀覆重量比为30％的含化学镀铜层。然后将所需量的镁粉和镀Cu的SiC粒子在混料机中以球料比3∶1混合2小时，将混合均匀的粉末压制成圆柱体，随后置于真空炉中在400℃下烧结1小时，最后以面积挤压比10∶1于350℃挤压成棒材。制得的该涂层SiC/Mg复合材料的抗拉强度约为150MPa，高出镁的抗拉强度约50％，室温阻尼性能达到0.01的高阻尼。

实施例2

本实施例的镀铜碳化硅颗粒增强的镁基复合材料，采用40μm纯镁和14μm的SiC粒子为原始粉末材料，SiC粒子的体积百分数为10％。在SiC粒子表面化学镀覆重量比为30％的含化学镀铜层。然后将镁粉和镀Cu的SiC粒子在混料机中以球料比3∶1混合24小时，将混合均匀的粉末压制成圆柱体，随后置于真空炉中在400℃下烧结4小时，最后以面积挤压比10∶1于350℃挤压成棒材。该含化学镀铜层SiC/Mg复合材料的抗拉强度约为208MPa，提高镁的强度约100％。室温阻尼性能接近于0.008。

实施例3

本实施例的镀铜碳化硅颗粒增强的镁基复合材料，采用40μm镁铝合金粉和14μm的SiC粒子为原始粉末材料，SiC粒子的体积百分数为30％。在SiC粒子表面化学镀覆重量比为30％的含化学镀铜层。然后将所需量的镁粉和镀Cu的SiC粒子在混料机中以球料比3∶1混合48小时，将混合均匀的粉末压制成圆柱体，随后置于真空炉中在550℃下烧结4小时，最后以面积挤压比10∶1于350℃挤压成棒材。该涂层SiC/Mg复合材料的抗拉强度约为265MPa，提高了镁的强度约160％。室温阻尼接近于0.005，高温阻尼性能超过了镁。因此该涂层SiC/Mg复合材料可获得良好的力学与阻尼性能匹配。

Claims (1)

1、一种镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)选用不同尺寸的化学镀铜碳化硅颗粒和纯镁粉或镁合金粉复合制备镁基复合材料，应满足基体为纯镁粉或镁合金粉体积百分比70％-95％与含化学镀铜层的碳化硅颗粒5％-30％的体积百分比混合制得；

(2)步骤(1)所述化学镀铜层为通过化学镀铜在碳化硅颗粒表面沉积的一层铜涂层，铜的重量百分比占含化学镀铜层碳化硅颗粒总重量的10％～50％，碳化硅颗粒的重量百分比为50％～90％；

(3)将化学镀铜碳化硅颗粒、镁粉及玛瑙球按球料重量比为3∶1的比例加入到混料机中进行混合2～48小时，其中，混料机转速为30～60r/min；

(4)把混合均匀的粉末放入模具中，在室温下压制成块，压制块的致密度约为70％～90％；

(5)将压制的块体于真空炉中进行烧结，烧结温度为400℃～550℃，烧结时间1～4小时，真空度为1×10^-3Pa以上；

(6)将烧结后的块体再进行热挤压，挤压温度为350℃，面积压缩比为10∶1，获得镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料。