CN102251133B - SiC/镁合金AZ91复合材料的粉末冶金制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属材料、冶金技术领域，公开了一种SiC/镁合金AZ91复合材料的粉末冶金制备方法。按下述质量百分含量取各组份：Al粉9±0.2%、Zn粉1±0.2%、SiC颗粒10~15%，余量为Mg粉；首先将上述各组份混合均匀、干燥，然后进行烧结，最后随炉冷却，即制得复合材料，其中烧结条件：升温速率100~120℃/min，烧结温度450~500℃，烧结压力2.5~3MPa，保温时间15~25min。本发明工艺简单，操作方便，对制备的材料用扫描电子显微镜观察微观组织和进行摩擦磨损实验，结果表明：加入SiC的复合材料性能有所提高，并且SiC粒度越小性能越好。

Description

SiC/镁合金AZ91复合材料的粉末冶金制备方法

技术领域

本发明属于金属材料、冶金技术领域，特别涉及一种SiC/镁合金AZ91复合材料的粉末冶金制备方法。

背景技术

镁合金以其密度低、比强度和比刚度高、减震性能好等优点受到国内外研究人员的广泛关注，并被广泛应用于汽车工业、航空航天工业等领域。但镁合金的耐磨性能不佳。国内外大量的研究比如搅拌摩擦加工法、喷射搅拌法、熔体搅拌法、超声波分散法等都表明，在镁合金基体中加入SiC颗粒制得镁基复合材料，可显著增强镁合金的耐磨性能。粉末冶金法以其制备温度低、不会发生有害的界面反应、基体组织细微等优点受到广泛应用。采用不同的工艺制备出的复合材料性能差异很大，而采用粉末冶金法制备镁基复合材料的摩擦磨损性能效果如何不得而知，也鲜有学者研究或者报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种SiC/镁合金AZ91复合材料的粉末冶金制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

SiC/镁合金AZ91复合材料的粉末冶金制备方法：按下述质量百分含量取各组份：Al粉 9±0.2%、Zn粉 1±0.2%、SiC颗粒 10~15%，余量为Mg粉；首先将上述各组份混合均匀、干燥，然后进行烧结，最后随炉冷却，即制得复合材料，其中烧结条件：升温速率 100~120℃/min，烧结温度 450~500℃，烧结压力 2.5~3MPa，保温时间 15~25min。

较好地，SiC颗粒：粒度 8~18μm，纯度≥99.5%；Mg粉：粒度 50~75μm，纯度≥99.9%；Al粉：粒度 50~75μm，纯度≥99.5%；Zn粉：粒度 20~48μm，纯度≥99.9%。

较好地，干燥温度100~150℃，干燥时间2~3h。

本发明工艺简单，操作方便，对制备的材料用扫描电子显微镜观察微观组织和进行摩擦磨损实验。结果表明：SiC颗粒的加入能有效减小β-Mg₁₇Al₁₂网孔的大小，从而显著提高镁合金的性能，且在制备过程中有害的界面反应很少发生，并且SiC粒度越小、β-Mg₁₇Al₁₂的网孔越小；加入SiC颗粒的复合材料硬度比镁合金基体合金有所提高，其摩擦系数相对于镁合金基体有所提高，并且SiC颗粒越小，复合材料的摩擦系数越大，摩擦系数稳定性越好。本发明得到了SiC颗粒的粒度对镁基复合材料摩擦磨损性能影响的规律，可为推广镁基复合材料作为刹车元件提供技术支持。

附图说明

图1为用扫描电镜观察三种试样的显微形貌：（a）镁合金AZ91基体（对照例），（b）含18μm SiC的复合材料（实施例1），（c）含8μm SiC的复合材料（实施例2）；

图2为材料的摩擦系数-时间关系曲线：（a）镁合金AZ91基体（对照例），（b）含18μm SiC的复合材料（实施例1），（c）含8μm SiC的复合材料（实施例2）；

图3为材料的微观摩擦形貌：（a）镁合金AZ91基体（对照例），（b）含18μm SiC的复合材料（实施例1），（c）含8μm SiC的复合材料（实施例2）。

具体实施方式

实施例1~2

SiC/镁合金AZ91复合材料的粉末冶金制备方法：将表1所示各种规格粉末按表2所列的配方进行混合。混合均匀后，放入真空干燥箱中干燥3h，干燥温度为100℃。然后倒入石墨模具中，在RJY-2000型真空烧结压机中烧结，升温速度为100℃/min，烧结温度为500℃，烧结压力为3MPa，保温时间为25min，后随炉冷却，即制得复合材料。

性能测试试验：

试验1：材料的显微组织

图1为用扫描电镜观察三种试样的显微形貌：（a）镁合金AZ91基体（对照例），（b）含18μm SiC的复合材料（实施例1），（c）含8μm SiC的复合材料（实施例2）。图1（a）所看到的是镁合金基体，镁合金基体由α-Mg和β-Mg₁₇Al₁₂两相组成，β-Mg₁₇Al₁₂相呈网状分散在α-Mg的周围；在图1（b）和1（c）中，棱角分明，不溶于基体的即为SiC颗粒，可见SiC颗粒分布均匀，与组织结合致密，SiC颗粒的加入能有效减小β-Mg₁₇Al₁₂网孔的大小，并且含有8μm SiC颗粒的复合材料网孔更小。

试验2：材料的硬度

将制得的试样放入型号为HB-3000B布氏硬度试验机上，加载重量为500Kg，压头为硬质合金钢球，直径为10mm，保压30s，测试试样的硬度。

测试结果见表3，可以看出，含SiC颗粒的复合材料比镁合金AZ91基体硬度高，并且含8μm SiC的复合材料硬度最高。

试验3：材料的摩擦磨损性能

摩擦磨损试验在MMW-1型摩擦磨损试验机上进行，试验条件为干摩擦旋转运动，采用小止推圈摩擦副试验方法，对偶材料为45钢淬火钢环，硬度为44-46HRC，主轴转速设置为240r/min，载荷为40N，时间为10min。

试验结果见表4，含有SiC颗粒的复合材料摩擦系数和摩擦力要稍高于镁合金AZ91基体，并且SiC的粒度越小，摩擦系数和摩擦力越高。

试验4：材料的摩擦系数平稳性

图2为材料的摩擦系数-时间关系曲线：（a）镁合金AZ91基体（对照例），（b）含18μm SiC的复合材料（实施例1），（c）含8μm SiC的复合材料（实施例2）。从图2中可观察到：镁合金AZ91基体在前3分钟摩擦系数有剧烈震荡现象，而后趋于稳定；含18μm SiC的复合材料在前2分钟摩擦系数缓慢升高，而后趋于稳定；含8μm SiC的复合材料摩擦系数自始至终都比较平稳。说明SiC颗粒的加入改善了合金基体的摩擦稳定性，并且粒度越小摩擦稳定性越好。

试验5：材料的磨损表面微观组织

图3为材料的微观摩擦形貌：（a）镁合金AZ91基体（对照例），（b）含18μm SiC的复合材料（实施例1），（c）含8μm SiC的复合材料（实施例2）。可见，镁合金AZ91基体的摩擦表面有明显的沟槽，并且沟槽深且有规则；含18μm SiC的复合材料摩擦表面有唇边和裂纹现象，沟槽浅且不规则，摩擦表面复杂；含8μm SiC的复合材料的摩擦表面光整，沟槽不明显，摩擦性能最好。

本发明中用QUANTA FEG 250型扫描电子显微镜观察原试样和经过摩擦磨损试验后的试样。

实施例3

各组份质量分数：Al粉 8.8%、Zn粉 0.8%、SiC颗粒 10%，余量为Mg粉。其中，SiC颗粒：粒度 10μm，纯度≥99.5%；Mg粉：粒度 50μm，纯度≥99.9%；Al粉：粒度 50μm，纯度≥99.5%；Zn粉：粒度 20μm，纯度≥99.9%。

制备过程同实施例1和2，不同之处在于：干燥温度120℃，干燥时间2.5h；烧结条件：升温速率 110℃/min，烧结温度 450℃，烧结压力 2.5MPa，保温时间 15min。

实施例4

各组份质量份数：Al粉 9.2%、Zn粉 1.2%、SiC颗粒 13%，余量为Mg粉。其中，SiC颗粒：粒度 15μm，纯度≥99.5%；Mg粉：粒度 60μm，纯度≥99.9%；Al粉：粒度 60μm，纯度≥99.5%；Zn粉：粒度 30μm，纯度≥99.9%。

制备过程同实施例1和2，不同之处在于：干燥温度150℃，干燥时间2h；烧结条件：升温速率 120℃/min，烧结温度 480℃，烧结压力 3MPa，保温时间 20min。

Claims (2)

1.SiC/镁合金AZ91复合材料的粉末冶金制备方法，其特征在于：按下述质量百分含量取各组份：Al粉 9±0.2%、Zn粉 1±0.2%、SiC颗粒 10~15%，余量为Mg粉；首先将上述各组份混合均匀、干燥，然后进行烧结，最后随炉冷却，即制得复合材料，其中烧结条件：升温速率 100~120℃/min，烧结温度 450~500℃，烧结压力 2.5~3MPa，保温时间 15~25min；其中，SiC颗粒：粒度 8~18μm，纯度≥99.5%；Mg粉：粒度 50~75μm，纯度≥99.9%；Al粉：粒度 50~75μm，纯度≥99.5%；Zn粉：粒度 20~48μm，纯度≥99.9%。

2.如权利要求1所述的SiC/镁合金AZ91复合材料的粉末冶金制备方法，其特征在于：干燥温度 100~150℃，干燥时间 2~3h。

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