CN101967568A - 往复式挤压制备镁锂基复合材料的方法 - Google Patents

往复式挤压制备镁锂基复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种往复式挤压制备镁锂基复合材料的方法。把基体合金切割成片状合金，对片状合金进行表面清洗处理，把增强体在酒精中制成悬浊液，把悬浊液涂敷于片状合金表面，把涂有增强体的片状合金呈层叠状放置并置于油压机下进行预成型使之整体初步成为块体材料，经预成型的块体材料在挤压机中进行挤压变形获得片条状复合材料挤压件，把片条状复合材料挤压件重新切割成片状，片状材料进行表面处理后呈层叠状放置并进行预成型，然后再进行挤压成型，获得二次挤压后的片条状复合材料挤压件，如此反复，直到获得所需力学性能的复合材料为止。本发明的方法使基体合金与增强体材料良好结合，并使增强体材料在基体合金内均匀分布。

Description

往复式挤压制备镁锂基复合材料的方法
技术领域
本发明涉及的是一种金属复合材料的制备方法，特别是一种镁锂基复合材料的制备方法。
背景技术
金属基复合材料的成型方法从大类上分主要有液态成型和固态成型两类，液态成型方法是指在基体材料处于熔液状态下与增强体复合，如原位自生复合、铸渗复合等；固态成型方法是指在基体材料处于固态的状态下与增强体复合，此法尤其适合于活泼金属基复合材料的复合(高温液态下复合基体合金易产生氧化、燃烧等现象)，对于基体材料与增强体材料密度差异较大的复合体系采用固态复合也较为适宜(在液态条件下，难以保证增强体在基体中的均匀分布)，可通过压力成型、轧制成型等方式实现固态复合技术。
固态成型方法的技术关键是保证基体与增强体的良好结合和增强体在基体材料中的均匀分布。G.Gonzalez-Doncel和J.Wolfenstine等人利用薄膜冶金法制备了B4C增强的Mg-9Li基复合材料(The use of foil metallurgy processing to achieve ultrafine grained Mg-9Li laminates and Mg-9Li-5B4C particulate composites，Journal of Materials Science，25(1990)：4535-4540)。文中通过对多层复合材料反复轧制的方法获得了具有超塑性的镁锂基复合材料，但此复合材料的复合效果并不理想，复合材料的强度相对于基体合金提高并不明显(由133MPa提高到162MPa)，这主要是由于轧制工艺属于单向受力过程，轧制过程中基体合金的流变仅是在水平方向上进行，使得基体合金与增强体结合不是很好，同时增强体也主要分布在基体合金层与层之间，并不均匀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使基体合金与增强体材料良好结合，并使增强体材料在基体合金内均匀分布的往复式挤压制备镁锂基复合材料的方法。
本发明的目的是这样实现的：
把基体合金切割成厚度为1-3mm的片状合金，对片状合金进行表面清洗处理，把增强体在酒精中制成悬浊液，把悬浊液涂敷于片状合金表面，把涂有增强体的片状合金呈层叠状放置并置于油压机下进行预成型使之整体初步成为块体材料，经预成型的块体材料在挤压机中进行挤压变形获得片条状复合材料挤压件，把片条状复合材料挤压件重新切割成片状，片状材料进行表面处理后呈层叠状放置并进行预成型，然后再进行挤压成型，获得二次挤压后的片条状复合材料挤压件，如此反复，直到获得所需力学性能的复合材料为止。
本发明把基体合金切割成具有合适截面积(以挤压机挤压筒横截面为据)，厚度为1-3mm的片状合金，对所有片状合金进行表面处理(含酸洗、碱洗等)以去除表面油污和氧化物等杂质，然后把增强体在酒精中制成悬浊液，把悬浊液涂敷于所有片状合金表面。
把所有涂有增强体的片状合金呈层叠状放置，并置于油压机下进行预成型，使得带有增强体的呈层叠放置合金片之间有一定结合力，整体初步成为块体材料，为后续的挤压变形加工提供方便。
经预成型的块体材料在挤压机中进行挤压变形，获得片条状复合材料挤压件。在变形过程中不但使基体合金与增强体之间的结合力大大增加，而且变形中合金的三维流变使得增强体在基体中分布均匀。
为进一步提高复合的结合力和改善增强体的分布状态，把片条状复合材料挤压件重新切割成片状，片状材料进行表面处理后呈层叠状放置并进行预成型，然后再进行挤压成型，获得二次挤压后的片条状复合材料挤压件。如此反复，直到获得所需力学性能的复合材料为止。
本发明由于是利用挤压工艺实现固态复合的，挤压过程中，材料是处于三向应力状态的，不像压力成型和轧制成型等单向应力变形工艺，合金在受压状态下没有空间向水平方向扩展，使得基体合金与增强体在三向压力状态下结合力明显提高；材料在挤压过程中，材料在挤压出口处的流变是呈三维方向的，这有利于改善复合材料中增强体的分布情况；此外，此方法可实现往复式挤压，通过往复式挤压可大大提高材料的复合效果以及材料的力学性能。因此，本发明对获得高性能镁锂基复合材料具有重要的技术意义和应用价值。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细地描述：
采用Mg-8Li合金作为基体合金，利用真空条件下充入氩气的条件熔炼合金，为与复合后材料的强度进行对比，先把铸态合金加工成拉伸试样进行强度测试，然后利用线切割方法把铸态合金切割成具有直径为50mm、厚度为2mm的片状合金，对所有片状合金进行表面处理(含酸洗、碱洗等)以去除表面油污和氧化物等杂质，然后把B4C增强体在酒精中制成悬浊液，把悬浊液涂敷于所有片状合金表面(涂敷量以基体重量百分比2％-5％为宜)。
把所有涂有B4C增强体的片状合金呈层叠状放置，并置于油压机下进行预成型(250℃，300Mpa，保压60s)。经预成型的块体材料在挤压机中进行挤压变形，挤压温度为280℃，挤压速度2m/min，挤压比为16，获得片条状复合材料挤压件，挤压件为横截面为10mm×3mm的片条状。把所得的复合材料加工成拉伸试样进行强度测试。
为进一步提高复合的结合力和改善增强体的分布状态，把片条状复合材料挤压件重新切割成片状(长度小于50mm)，片状材料进行表面处理后呈层叠状放置并进行预成型，然后再进行挤压成型，获得二次挤压后的片条状复合材料挤压件。把所得的复合材料加工成拉伸试样进行强度测试。
其实施结果如下：铸态合金的抗拉强度为120MPa，经一次挤压复合后复合材料的抗拉强度为245MPa，经二次挤压后复合材料的抗拉强度为305MPa。强度得到明显的提高。

Claims (4)

1.一种往复式挤压制备镁锂基复合材料的方法，其特征是：把基体合金切割成厚度为1-3mm的片状合金，对片状合金进行表面清洗处理，把增强体在酒精中制成悬浊液，把悬浊液涂敷于片状合金表面，把涂有增强体的片状合金呈层叠状放置并置于油压机下进行预成型使之整体初步成为块体材料，经预成型的块体材料在挤压机中进行挤压变形获得片条状复合材料挤压件，把片条状复合材料挤压件重新切割成片状，片状材料进行表面处理后呈层叠状放置并进行预成型，然后再进行挤压成型，获得二次挤压后的片条状复合材料挤压件，如此反复，直到获得所需力学性能的复合材料为止。
2.根据权利要求1所述的往复式挤压制备镁锂基复合材料的方法，其特征是：所述基体合金为Mg-8Li合金，所述增强体为B4C，预成型的条件为温度250℃、压力300Mpa、保压时间60s，挤压变形条件为：挤压温度为280℃、挤压速度2m/min、挤压比为16。
3.根据权利要求2所述的往复式挤压制备镁锂基复合材料的方法，其特征是：基体合金切割成厚度为2mm。
4.根据权利要求2或3所述的往复式挤压制备镁锂基复合材料的方法，其特征是：增强体的涂敷量占基体重量百分比2％-5％。
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