CN100552072C - 原位自生氮化铝增强镁基复合材料及其制备方法 - Google Patents

原位自生氮化铝增强镁基复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100552072C
CN100552072C CNB2007100479459A CN200710047945A CN100552072C CN 100552072 C CN100552072 C CN 100552072C CN B2007100479459 A CNB2007100479459 A CN B2007100479459A CN 200710047945 A CN200710047945 A CN 200710047945A CN 100552072 C CN100552072 C CN 100552072C
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnesium
composite material
melt
powder
aln ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2007100479459A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101148723A (zh
Inventor
张荻
张从发
范同祥
曹玮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CNB2007100479459A priority Critical patent/CN100552072C/zh
Publication of CN101148723A publication Critical patent/CN101148723A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100552072C publication Critical patent/CN100552072C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

一种原位自生氮化铝增强镁基复合材料及其制备方法，该复合材料是中，镁合金基体的重量百分比含量为80%-95%，AlN陶瓷颗粒重量百分比含量为5%--20%。镁合金基体中铝重量百分比含量是0%--9%。制备方法如下：(1)在10vol.%SF6+90vol.%CO2混合气体保护条件下，将镁铝合金原材料完全熔化；(2)然后把用铝箔包好的Mg3N2粉末压入镁铝熔体中；(3)在熔体中加入Mg3N2粉末后，保温，保证Mg3N2粉末与熔体中Al完全反应。(4)保温完成后用石墨圆盘搅拌熔体后，捞去表面的浮渣，并浇铸于金属模具凝固后得到所述材料。本发明制得的复合材料具有轻质、高强、高模量、耐高温等特点，可以广泛应用于交通运输业和国防工业。

Description

原位自生氮化铝增强镁基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种复合材料技术领域的镁基复合材料及其制备方法，特别是一种原位自生氮化铝增强镁基复合材料及其制备方法。
背景技术
颗粒增强镁基复合材料由于具有高的比强度、比模量和良好的耐磨、耐高温性能和减震性能，在航空航天、汽车工业中具有潜在的应用前景和广阔的市场。一般制备颗粒增强镁基复合材料都是采用外加法制备，用此种制备方法存在很大的缺点：(1)由于这种方法一般需要特殊的设备，增加了制造成本；(2)由于陶瓷颗粒与基体金属不润湿，难以制备出陶瓷颗粒均匀分布的金属基复合材料；(3)外加陶瓷颗粒尺寸一定，限制了增强相的尺寸；(4)陶瓷颗粒与金属的界面结合不良，影响到其最终的性能；(5)陶瓷颗粒与金属熔体发生界面不良反应，影响到其最终的性能。
经对现有技术的文献检索发现，Makoto Kobashi等人在《Materials Transactions，JIM》(日本金属学会，材料会刊)上，38(3)(1997)：260-265，撰文“Synthesis of AlN/AlAlloy Composites by in situ Reaction between Mg3N2 and Aluminum(利用氮化镁与铝原位反应合成氮化铝增强铝基复合材料)”，该文研究了用氮化镁和铝为原料制备氮化铝增强铝基复合材料。虽然铝合金已经很轻，但是随着节能减耗要求的提高和对环保的日益重视，现在人们正在努力开发更轻的结构材料，所以有必要研究用镁合金取代铝合金制备更轻的氮化铝增强镁基复合材料。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺陷，提供一种原位自生氮化铝增强镁基复合材料及其制备方法，使其通过将搅拌铸造法和原位反应法结合起来，设计一种在镁铝合金内部自生成AlN陶瓷颗粒增强镁基复合材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明所涉及的陶瓷颗粒增强镁基复合材料，是由镁合金基体和AlN陶瓷颗粒共同构成，镁合金基体的重量百分比含量为：80％-95％，AlN陶瓷颗粒重量百分比含量为：5％--20％。
所述镁合金基体中，铝重量百分比含量是：0％--9％，余量为Mg。
本发明所涉及的AlN陶瓷颗粒增强镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在SF6和CO2混合气体保护条件下，将镁铝合金原材料完全熔化；
(2)然后把用铝箔包好的Mg3N2粉末压入镁铝熔体中；
(3)在熔体中加入Mg3N2粉末后，保温，保证Mg3N2粉末与熔体中Al完全反应；
(4)保温完成后用石墨圆盘搅拌熔体，捞去表面的浮渣，并浇铸于金属模具凝固后得到本发明原位自生氮化铝增强镁基复合材料。
步骤(1)中，所述的熔化，其温度控制在680℃-720℃之间。
步骤(1)中，所述的SF6和CO2混合气体，其中SF6体积占10％，CO2体积占90％。
步骤(2)中，所述的Mg3N2粉末，其颗粒尺寸为20μm-45μm。
步骤(3)中，所述保温，其时间为30分钟-60分钟。
步骤(4)中，所述的搅拌，其速度为200-1000r/min，搅拌时间为10分钟-30分钟。
本发明是以镁铝合金和Mg3N2粉末为原材料，根据镁铝合金熔体中3molAl与1molMg3N2反应生成2molAlN和3molMg保证Mg3N2与镁合金中Al发生上述反应形成AlN陶瓷颗粒，并采用搅拌铸造法和原位反应法相结合的制备方法。由于AlN陶瓷颗粒是在搅拌铸造过程中通过化学反应在镁合金基体内自生成的，具有与基体的界面相容性好，增强相的颗粒尺寸可控，增强相分布均匀等特点，因而制备的镁基复合材料具有良好的机械和物理性能；有效地避免了传统外加法制备复合材料时，增强相的尺寸受限制、增强相与基体结合不好、增强相分布不均匀等问题。
本发明在不改变原有搅拌铸造设备和工艺流程的条件下简捷地制备出原位镁基复合材料；并且镁合金内部自生成的AlN陶瓷相弹性模量为310GPa，远高于镁铝合金的弹性模量45GPa，能显著提高复合材料的弹性模量；而且自生成的AlN陶瓷相具有密排六方结构(晶格常数为a：0.3113nm c：0.4981nm)与镁的晶体结构相同并且晶格常数(a：0.3202nm c：0.5199nm)相近，容易形成好的界面结构(如共格或半共格界面)，从而可制备出物理和机械性能优越的镁基复合材料。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一：
在10vol.％SF6+90vol.％CO2混合气体保护的条件下，将纯镁(90.6wt.％)和纯铝(3.3wt.％)在680℃完全熔化，然后把用铝箔包好的Mg3N2(6.1wt.％)粉末压入熔体中，Mg3N2粉末的颗粒尺寸为20μm。并继续保温60分钟，保证Mg3N2粉末与熔体中Al完全反应，保温完成后用石墨圆盘搅拌熔体，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为10分钟。最后捞去表面的浮渣后浇铸于金属模具中凝固后得到5vol.％AlN/pure Mg复合材料。所得复合材料的密度为：1.78g/cm3，弹性模量为：52GPa，拉伸性能为：220MPa，150℃拉伸性能为：180MPa。
实施例二：
在10vol.％SF6+90vol.％CO2混合气体保护的条件下，将纯镁(76.7wt.％)和纯铝(11.1wt.％)在700℃完全熔化，然后把用铝箔包好的Mg3N2(12.2wt.％)粉末压入熔体中，Mg3N2粉末的颗粒尺寸为30μm。并继续保温40分钟，保证Mg3N2粉末与熔体中Al完全反应，保温完成后用石墨圆盘搅拌熔体，搅拌速度为800r/min，搅拌时间为20分钟。最后捞去表面的浮渣后浇铸于金属模具中凝固后得到10wt.％AlN/Mg-5wt.％Al复合材料。所得复合材料的密度为：1.83g/cm3，弹性模量为：60GPa，拉伸性能为：290MPa，150℃的拉伸性能为：260MPa。
实施例三：
在10vol.％SF6+90vol.％CO2混合气体保护的条件下，将纯镁(55.2wt.％)和纯铝(20.4wt.％)在720℃完全熔化，然后把用铝箔包好的Mg3N2(24.4wt.％)粉末压入熔体中，Mg3N2粉末的颗粒尺寸为45μm。并继续保温30分钟，保证Mg3N2粉末与熔体中Al完全反应，保温完成后用石墨圆盘搅拌熔体，搅拌速度为200r/min，搅拌时间为30分钟。最后捞去表面的浮渣后浇铸于金属模具中凝固后得到20wt.％AlN/Mg-9wt.％Al复合材料。所得复合材料的密度为：1.92g/cm3，弹性模量为：77GPa，拉伸性能为：320MPa，150℃的拉伸性能为：290MPa。

Claims (8)

1、一种原位自生氮化铝增强镁基复合材料，其特征在于，是由镁或镁合金基体和AlN陶瓷颗粒共同构成，其中：镁或镁合金基体的重量百分比含量为80％-95％，AlN陶瓷颗粒重量百分比含量为5％--20％，所述的镁或镁合金基体中铝重量百分比含量是0％--9％，余量为Mg。
2、一种如权利要求1所述的原位自生氮化铝增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在SF6和CO2混合气体保护条件下，将镁铝合金原材料完全熔化；
(2)然后把用铝箔包好的Mg3N2粉末压入镁铝熔体中；
(3)在熔体中加入Mg3N2粉末后，保温，保证Mg3N2粉末与熔体中Al完全反应；
(4)保温完成后用石墨圆盘搅拌熔体，捞去表面的浮渣，并浇铸于金属模具凝固后得到原位自生氮化铝增强镁基复合材料。
3、根据权利要求2所述AlN陶瓷颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(1)中，所述的熔化，其温度控制在680℃-720℃之间。
4、根据权利要求2或3所述AlN陶瓷颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(1)中，所述的SF6和CO2混合气体，其中SF6体积占10％，CO2体积占90％。
5、根据权利要求2所述AlN陶瓷颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(2)中，所述的Mg3N2粉末，其颗粒尺寸为20μm-45μm。
6、根据权利要求2所述AlN陶瓷颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(3)中，所述保温，其时间为30分钟-60分钟。
7、根据权利要求2所述AlN陶瓷颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(4)中，所述的搅拌，其速度为200r/min-1000r/min。
8、根据权利要求2或7所述AlN陶瓷颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(4)中，所述的搅拌，其时间为10分钟-30分钟。
CNB2007100479459A 2007-11-08 2007-11-08 原位自生氮化铝增强镁基复合材料及其制备方法 Expired - Fee Related CN100552072C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007100479459A CN100552072C (zh) 2007-11-08 2007-11-08 原位自生氮化铝增强镁基复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007100479459A CN100552072C (zh) 2007-11-08 2007-11-08 原位自生氮化铝增强镁基复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101148723A CN101148723A (zh) 2008-03-26
CN100552072C true CN100552072C (zh) 2009-10-21

Family

ID=39249419

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2007100479459A Expired - Fee Related CN100552072C (zh) 2007-11-08 2007-11-08 原位自生氮化铝增强镁基复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100552072C (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102127668B (zh) * 2011-02-22 2012-10-31 上海交通大学 原位自生氧化镁和金属间化合物混杂增强镁基复合材料及其制备方法
CN102219195B (zh) * 2011-06-13 2013-01-02 西安理工大学 去除多孔氮化铝或多孔氮化镓微粒中氮化镁的方法
CN103290288B (zh) * 2013-06-26 2015-10-07 重庆大学 一种低成本高塑性变形镁合金及其制备方法
CN105238943B (zh) * 2015-10-13 2017-04-19 西北工业大学 一种高强高塑性铸造镁基复合材料的原位强化制备方法及装置
CN105463232B (zh) * 2015-12-04 2017-04-19 西北工业大学 一种高强高塑性AlN/AZ91D镁基复合材料的制备方法
CN106011568B (zh) * 2016-06-27 2018-02-06 山东建筑大学 一种氮化镁‑碳纳米管颗粒增强镁基合金材料的制备方法
CN106834848B (zh) * 2017-01-18 2018-06-01 北京工业大学 一种原位颗粒增强镁基复合材料及其制备方法
CN109182856B (zh) * 2018-08-18 2019-09-17 山东大学 一种AlN与MgB2颗粒增强镁基复合材料及其制备方法
CN111304508B (zh) * 2020-04-23 2021-08-17 上海交通大学 一种AlN增强镁锂基复合材料及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4828008A (en) * 1987-05-13 1989-05-09 Lanxide Technology Company, Lp Metal matrix composites

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4828008A (en) * 1987-05-13 1989-05-09 Lanxide Technology Company, Lp Metal matrix composites

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
含氮细化剂对AZ31合金显微组织和性能的影响. 周占霞.郑州大学硕士学位论文. 2006
含氮细化剂对AZ31合金显微组织和性能的影响. 周占霞.郑州大学硕士学位论文. 2006 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101148723A (zh) 2008-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100552072C (zh) 原位自生氮化铝增强镁基复合材料及其制备方法
WO2019178934A1 (zh) 一种新能源汽车用原位纳米强化铝合金轮毂及制造方法
US9869006B2 (en) Intermetallic compound ultrafine particle reinforced metal-based composite material and preparation method thereof
CN103421995B (zh) 碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料及其制备方法
CN101760683B (zh) 一种高强度铸造镁合金及其熔制方法
CN107779712B (zh) 一种超高强高模量Mg-Gd-Y-Zn-Si-Ti-B镁合金及其制备方法
JP3522963B2 (ja) 耐熱マグネシウム合金部材の製造方法およびそれに用いるマグネシウム合金、並びにマグネシウム合金成形部材
CN101831581B (zh) 高强高韧稀土镁合金
CN101514409A (zh) 原位Mg2Si颗粒增强金属基复合材料的制备方法
CN102146530B (zh) 镁及镁合金晶粒细化剂及其制备方法
CN1676645A (zh) 纳米颗粒增强高强韧铸造镁合金及其制备成形工艺
CN112680645B (zh) 一种含稀土Sm的自发泡多孔镁合金及其制备方法
CN108998699B (zh) 一种铝锂基复合材料粉末及其制备方法和应用
Thakur et al. Appearance of reinforcement, interfacial product, heterogeneous nucleant and grain refiner of MgAl2O4 in aluminium metal matrix composites
CN112570706A (zh) 一种铝合金粉末与制备方法及其在激光增材制造中的应用
CN100491566C (zh) 原位自生氮化铝和镁二硅增强镁基复合材料及其制备方法
CN114411031A (zh) 一种微米钛颗粒增强镁稀土基复合材料
EP3215647A2 (en) Grain refiner for magnesium alloys
CN102127668B (zh) 原位自生氧化镁和金属间化合物混杂增强镁基复合材料及其制备方法
CN114635053B (zh) 内生ZrB2和Cr0.4NbTiVZr双相颗粒增强铝基复合材料及制备方法
CN100557054C (zh) 含Si和C的抗蠕变镁合金及其制备方法
CN102002649B (zh) 高强韧镁基块体金属玻璃复合材料及其制备方法
CN100516276C (zh) 铌颗粒增强的镁基非晶态合金复合材料及其制备方法
CN101215649A (zh) 原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备方法
Průša et al. Characterization of the Al-13Si-10Fe alloy produced by centrifugal atomization and ultra-high-pressure compaction

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20091021

Termination date: 20121108