CN101381829A - 一种原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法 - Google Patents

一种原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法，具体是：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；然后把Al－Si中间合金压入镁铝熔体中，升温并保温，以保证Si与镁铝合金熔体中的Mg完全反应，同时将超声探头插入熔体中进行处理；处理完成后升温，捞去表面的浮渣，并浇铸于金属模具中，得到原位Mg2Si颗粒增强镁基复合材料。该方法具有Mg2Si颗粒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，制备的镁基复合材料具有良好的力学性能。

Description

一种原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法，特别是一种采用超声化学法制备原位颗粒增强镁基复合材料的方法。
背景技术
近年来，由于对环境、能源等问题的关注，镁基复合材料研究成为材料领域的热点。镁基复合材料具有高的比强度、比刚度，良好的铸造性和尺寸稳定性，抗电磁干扰及屏蔽性好，有良好的阻尼性能，减振性能好，对环境影响小，无污染，其废料回收利用率高达85％，因此在航天航空、汽车、计算机、网络、通讯等领域有广泛的应用前景。目前制备镁基复合材料主要是应用外加颗粒或纤维来增强。但是外加增强颗粒制备的复合材料中增强相的粒度大，颗粒与基体的润湿性较差，复合材料力学性能比较差；纤维增强的复合材料制备工艺复杂，成本比较高，在实际生产应用中受到限制。原位制备复合材料是近年来发展起来的制备方法，它具有制备的增强颗粒粒度细小，界面结合好，材料综合性能高的特点，在制备铝基复合材料方面取得了比较多的成功。
经对现有技术的文献检索发现，镁基复合材料的制备方法已经有不少文献报道，如中国专利号：CN101148722，名称为：“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”。该专利的技术特点在于通过将搅拌铸造法和原位反应法结合起来，制备轻质、高强、高弹性模量的镁基复合材料。但是，仅仅利用搅拌熔体的方法不能细化增强相，同时增强相在基体中的分布也不均匀，所以这种制备方法具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法。在制备过程中利用超声波作用于熔体，利用声空化和声流所引发的力学效应中的搅拌、分散、除气、冲击破坏、疲劳损坏作用以及热学效应中整体加热、边界处的局部加热作用，细化复合材料的铸态组织，提高复合材料的力学性能。
本发明是通过以下技术方案实现的，将Al-Si中间合金加入到熔融的镁合金中，然后利用高能超声作用于熔体，最后将熔体静置后浇注成型。
本发明所涉及的原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(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Al-Si中间合金压入镁铝熔体中，升温并保温，以保证Si与镁铝合金熔体中的Mg完全反应，同时将超声探头插入熔体中进行处理；
(3)处理完成后，去除表面的浮渣，并浇铸于金属模具中，得到原位Mg2Si自生颗粒增强镁基复合材料。
步骤(1)中，所述的熔化，其温度控制在680～720℃。
步骤(1)中，所述的SF6和CO2混合气体，其中SF6体积占1～3％，CO2为余量。
步骤(2)中，所述的升温，其温度升至700～740℃。
步骤(2)中，所述的保温，其时间为10～20分钟。
步骤(2)中，所述的超声处理，其功率控制在0.4～2.0KW。
步骤(2)中，所述的超声处理，其处理时间为5～15分钟，处理方式为连续处理。
本发明的有益效果体现在：本发明以AZ91镁合金和Al-Si合金为原材料，采用高能超声和原位反应相结合的方法，成功制备了Mg2Si颗粒增强镁基复合材料。由于Mg2Si颗粒是在超声处理过程中通过化学反应在镁合金基体内原位生成的，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力学和物理性能；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；超声化学方法的采用，还使为Mg2Si相由原来的汉字状和尖角状转变成了颗粒状，同时颗粒的尺寸得到了细化，为制备镁基复合材料开辟了一条新的途径。
附图说明
图1是实施例1的Mg2Si颗粒增强镁基复合材料的组织照片
具体实施方式
本发明的实施例以本发明技术方案为前提进行实施，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1
在3vol.％SF6+97vol.％CO2混合气体保护的条件下，将AZ91D合金锭(80wt.％)在680℃完全熔化，然后把Al-Si中间合金(20wt.％)压入熔体中，接着将温度升高到700℃，并保温20分钟，将超声探头插入熔体中进行处理，超声功率设定为2KW，连续处理5分钟。最后去除表面的浮渣后浇铸于金属模具中凝固后得到11vol％Mg2Si/AZ91D复合材料。所得原位Mg2Si颗粒增强镁基复合材料的组织照片如图1，其室温拉伸强度为230MPa，150℃拉伸强度为202MPa。
实施例2
在2vol.％SF6+98vol.％CO2混合气体保护的条件下，将AZ91D合金锭(85wt.％)在700℃完全熔化，然后把Al-Si中间合金(15wt.％)压入熔体中，接着将温度升高到720℃，并保温15分钟，将超声探头插入熔体中进行处理，超声功率设定为1.6KW，连续处理8分钟。最后去除表面的浮渣后浇铸于金属模具中凝固后得到8vol％Mg2Si/AZ91D复合材料，所得Mg2Si颗粒增强镁基复合材料的室温拉伸强度为：215MPa，150℃拉伸强度为188MPa。
实施例3
在1vol.％ SF6+99vol.％ CO2混合气体保护的条件下，将AZ91D合金锭(90wt.％)在720℃完全熔化，然后把Al-Si中间合金(10wt.％)压入熔体中，接着将温度升高到740℃，并保温10分钟，将超声探头插入熔体中进行处理，超声功率设定为0.4KW，连续处理15分钟。最后去除表面的浮渣后浇铸于金属模具中凝固后得到5vol％Mg2Si/AZ91D复合材料，所得Mg2Si颗粒增强镁基复合材料的室温拉伸强度为208MPa，150℃拉伸强度为175MPa。

Claims (5)

1、一种原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，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Al-Si中间合金压入镁铝熔体中，升温并保温，以保证Si与镁铝合金熔体中的Mg完全反应，同时将超声探头插入熔体中进行处理；
(3)处理完成后，去除表面的浮渣，并浇铸于金属模具中，得到原位Mg2Si颗粒增强镁基复合材料。
2、根据权利要求1所述的原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的升温，其温度升至700～740℃。
3、根据权利要求1所述的原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的保温，其时间为10～20分钟。
4、根据权利要求1所述的原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的超声处理，其功率控制在0.4～2.0KW。
5、根据权利要求1所述的原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的超声处理，其处理时间为5～15分钟，处理方式为连续处理。
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