CN101368242A - 非晶颗粒增强镁基复合材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非晶增强镁基复合材料及其制备工艺，该材料包括非晶颗粒NixMyTz和镁基合金MgaAlbQcRd，其中：30≤x≤70，3≤y≤50，0≤z≤35；80≤a≤100，0≤b≤18，0≤c≤5，0≤d≤3。同时，本发明提供了上述非晶增强镁基复合材料的制备工艺：将镁合金颗粒与非晶合金颗粒均匀混合，冷压压制，冷压压力为30－250MPa，然后在热压烧结炉中进行烧结，热压压力为5－60MPa，烧结温度为500－700℃，烧结时间为30－180分钟。本发明的非晶颗粒增强镁基复合材料所采用的非晶态金属增强体具有典型的金属特性，可与镁及镁合金基体的界面很好的结合，从而更有利于提高材料在使用过程中的可靠度，同时上述非晶颗粒增强镁基复合材料的制备工艺更加简化，适于工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属基复合材料及其制备工艺，尤其涉及一种镁基复合材料及其制备工艺。
背景技术
非晶合金由于具有很高的强度、硬度、弹性模量和耐蚀性等特点，在航空航天器件、精密机械、信息等领域显示出重要的应用价值，近年来关于块体非晶合金材料的研究已经引起了来自物理、化学和材料科学各领域科技工作者的重视，它被认为是最有潜力的新一代结构材料。非晶合金突出的力学性能，构成了作为复合材料增强相的重要条件。中国发明专利“镁基复合材料或镁合金复合材料的生产方法”CN98109439.2公开了一种采用碳化硅颗粒、三氧化二铝短纤维等具有陶瓷力学性能的非金属增强镁或镁合金，得到了具有优良力学性能的陶瓷材料增强镁基复合材料，但该发明的增强体为晶态非金属材料，与金属基体的润湿性不佳，导致增强体和基体的界面结合性不好；文献【Fabrication of Ni-Nb-Tametallic glass reinforced Al-based alloy matrix composites by infiltration castingprocess，Scripta Materialia，50(2004)：1367-1371】公开了一种采用压铸工艺制备出的39.2Ni-20.6Nb-40.2Ta(重量百分比)薄片状非晶增强Al-6.5Si-0.25Mg(重量百分比)复合材料，使非晶增强相的铝基复合材料的屈服强度和断裂强度均得到明显提高，但该方法目前仅限于实验室采用，不适合工业生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种性能更好、更稳定的非晶颗粒增强镁基符合材料及其制备工艺，该材料采用非晶金属增强颗粒可与镁及镁合金基体的界面很好的结合。
为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案如下：
一种非晶增强镁基复合材料，该材料包括粒径小于150μm的非晶增强颗粒NixMyTz和镁基合金MgaAlbQcRd，增强颗粒的体积分数≤50％，其中：x，y，z为原子百分比，x+y+z＝100；
30≤x≤70，
3≤y≤50，
0≤z≤35，
M表示Zr，Nb的一种或两种，T表示Ta，Ti，Hf，Ti，Si，Pd，P，Sn，Co，Mo，B，Cr，Al中的至少一种，
作为基体材料的镁合金MgaAlbQcRd粒径≤400μm，其中：a+b+c+d＝100为重量百分比，
80≤a≤100，
0≤b≤18，
0≤c≤5，
0≤d≤3，
Q表示Mn，Zn的一种或两种，R表示Ce，Zr，Cu，Ni，Si，Fe，B，Gd的至少一种。
同时，本发明提供了上述非晶增强镁基复合材料的制备工艺：
a.将镁合金颗粒与非晶增强颗粒均匀混合，非晶增强颗粒的体积分数≤50％，其中非晶增强颗粒NixMyTz粒径小于150μm，增强颗粒的体积分数≤50％，x，y，z为原子百分比，x+y+z＝100；
30≤x≤70，
3≤y≤50，
0≤z≤35，
M表示Zr，Nb的一种或两种，T表示Ta，Ti，Hf，Ti，Si，Pd，P，Sn，Co，Mo，B，Cr，Al中的至少一种，
作为基体材料的镁合金MgaAlbQcRd粒径≤400μm，a+b+c+d＝100为重量百分比，
80≤a≤100，
0≤b≤18，
0≤c≤5，
0≤d≤3，
Q表示Mn，Zn的一种或两种，R表示Ce，Zr，Cu，Ni，Si，Fe，B，Gd的至少一种。
b.冷压压制，冷压压力为30-250MPa，
然后在热压烧结炉中进行烧结，热压压力为5-60MPa，烧结温度为500-700℃，烧结时间为30-180分钟。
本发明的非晶颗粒增强镁基复合材料所采用的非晶态金属增强体具有典型的金属特性，可与镁及镁合金基体的界面很好的结合，从而更有利于提高材料在使用过程中的可靠度，同时上述非晶颗粒增强镁基复合材料的制备工艺更加简化，适于工业生产。
附图说明
图1是本发明非晶增强镁基复合材料制备工艺的程序框图；
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明：
根据上述基体材料、增强体材料和技术方案提供如表一所示的实施例：
基体成分(重量百分比)
No.1 100％Mg
No.2 90％Mg，9％Al，0.2％Mn，0.8％Zn
No.3 80％Mg，15％Al，1.6％Mn，1.4％Zn，1.0％Si，0.5％Cu，0.3％Ni，0.2％Fe
No.4 81.9％Mg，18％Al，0.1％Mn
No.5 82％Mg，13％Al，0.5％Mn，4.5％Zn
No.6 80％Mg，14％Al，1.6％Mn，1.4％Zn，0.5％Ce，1.0％Zr，1.3％B，0.2％Gd
其基体材料粒径分别为400μm、300μm、200μm、250μm、300μm、300μm。
增强体成分(原子百分比)
No.1 60％Ni，40％Nb
No.2 57.5％Ni，7.5％Nb，32.5％Ta，2.5％P
No.3 57.5％Ni，28％Zr，7％Nb，7.5％Al
No.4 30％Ni，30％Zr，20％Nb，3.5％Ti，1.5％Hf，7.5Ti，7.5Si
No.5 70％Ni，3％Nb，11％Pd，14％Sn，2％Co
No.6 60％Ni，35％Zr，0.5％Mo，3.5％B，1％Cr，
其增强颗粒粒径分别为149μm、100μm、120μm、130μm、80μm、30μm。
表一 非晶增强镁基复合材料的技术方案
| 工艺条件 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 |
| 基体 | No.1 | No.2 | No.3 | No.4 | No.5 | No.6 |
| 增强体 | No.1 | No.2 | No.3 | No.4 | No.5 | No.6 |
| 增强体体积分数(％) | 5 | 35 | 15 | 25 | 45 | 50 |
| 冷压压力(MPa) | 30 | 100 | 150 | 250 | 250 | 200 |
| 热压压力(MPa) | 5 | 20 | 40 | 60 | 60 | 50 |
| 烧结温度(℃) | 560 | 700 | 620 | 500 | 630 | 600 |
| 烧结时间(分钟) | 30 | 60 | 90 | 180 | 120 | 150 |
本发明，增强体颗粒所占体积分数可调，所采用的热压烧结温度较低，避免了基体熔融金属与非晶颗粒之间的反应以及非晶颗粒的晶化，非晶增强颗粒与基体金属界面结合良好，且能弥散均匀分布在基体金属内。从表二中力学性能的测试结果可以看出，非晶增强镁基复合材料具有明显高于镁合金的力学性能。
表二 镁合金和非晶增强镁基复合材料的力学性能
| 编号 | 屈服强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) | 延伸率(％) |
| 基体No.1 | 28 | 92 | 9.1 |
| 基体No.2 | 115 | 220 | 3.9 |
| 基体No.3 | 78 | 198 | 6.5 |
| 基体No.4 | 81 | 141 | 4.3 |
| 基体No.5 | 128 | 225 | 6.5 |
| 基体No.6 | 137 | 242 | 4.7 |
| 实施例1 | 37 | 105 | 7.4 |
| 实施例2 | 128 | 234 | 3.1 |
| 实施例3 | 88 | 214 | 6.1 |
| 实施例4 | 98 | 156 | 4.1 |
| 实施例5 | 135 | 245 | 6.0 |
| 实施例6 | 145 | 261 | 4.3 |
Claims (2)
1.一种非晶颗粒增强镁基复合材料，其特征在于该材料包括粒径小于150μm的非晶增强颗粒NixMyTz和镁基合金MgaAlbQcRd，增强颗粒的体积分数≤50％，其中：x，y，z为原子百分比，x+y+z＝100；
30≤x≤70，
3≤y≤50，
0≤z≤35，
M表示Zr，Nb的一种或两种，T表示Ta，Ti，Hf，Ti，Si，Pd，P，Sn，Co，Mo，B，Cr，Al中的至少一种，
作为基体材料的镁合金MgaAlbQcRd粒径≤400μm，其中：a+b+c+d＝100为重量百分比，
80≤a≤100，
0≤b≤18，
0≤c≤5，
0≤d≤3，
Q表示Mn，Zn的一种或两种，R表示Ce，Zr，Cu，Ni，Si，Fe，B，Gd的至少一种。
2.一种如权利要求1所述的非晶颗粒增强镁基复合材料的制备工艺，其特征在于：
a.将镁合金颗粒与非晶增强颗粒均匀混合，非晶增强颗粒的体积分数≤50％，其中非晶增强颗粒NixMyTz粒径小于150μm，x，y，z为原子百分比，x+y+z＝100；
30≤x≤70，
3≤y≤50，
0≤z≤35，
M表示Zr，Nb的一种或两种，T表示Ta，Ti，Hf，Ti，Si，Pd，P，Sn，Co，Mo，B，Cr，Al中的至少一种，
作为基体材料的镁合金MgaAlbQcRd粒径≤400μm，a+b+c+d＝100为重量百分比，
80≤a≤100，
0≤b≤18，
0≤c≤5，
0≤d≤3，
Q表示Mn，Zn的一种或两种，R表示Ce，Zr，Cu，Ni，Si，Fe，B，Gd的至少一种。
b.冷压压制，冷压压力为30-250MPa，
c.然后在热压烧结炉中进行烧结，热压压力为5-60MPa，烧结温度为500-700℃，烧结时间为30-180分钟。
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