CN103031452A - 一种碳化硅颗粒增强镁基复合材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种碳化硅颗粒增强镁基复合材料及制备方法，属于金属基复合材料领域，其特征在于是一种是以纯Mg粉末、Al粉末和SiC颗粒微粉为原材料，采用粉末冶金和多向锻造法制备的碳化硅颗粒增强镁基复合材料。通过粉末冶金和多向锻造两种成型方法，使镁合金基体与SiC颗粒之间具有良好的浸润性和结合性，而且消除了粉末冶金成型过程中残留在材料内部的孔隙，最终获得了SiC颗粒均匀分布，镁合金基体晶粒细小的镁基复合材料，使该复合材料具有更好的力学性能。与其它颗粒增强镁基复合材料制备方法相比，本发明采用固态成型方法，工艺简单，成本低廉，易于实现工业化，能制备出具有力学性能优良的SiC颗粒增强镁基复合材料。

Description

一种碳化硅颗粒增强镁基复合材料及制备方法

技术领域

本发明一种碳化硅颗粒增强镁基复合材料及制备方法，属于金属基复合材料领域，特别是涉及一种采用多向锻造法制备碳化硅颗粒增强镁基复合材料及制备方法的技术方案。 

背景技术

镁合金具有优良的性能，具有较高的比强度和比刚度，又具有优良的导电性与耐热性，有着广泛的应用领域。但镁合金存在弹性模量小、高温强度和抗蠕变性能低、有限的冷加工能力和韧性、凝固时收缩率较高、耐磨性差等不足，仅仅通过合金化技术不能加以解决，大大限制了镁合金的工业化应用。 

镁基复合材料具有高的杨氏模量、低的温度膨胀系数和耐磨性等优点，近些年来得到了广泛的应用：在汽车制造工业中用作方向盘减震轴、活塞环、支架等，在通讯电子产品中的手机、便携式计算机等也用作外壳材料。SiC晶须增强镁基复合材料可用于制造齿轮，SiC和A1₂O₃颗粒增强镁基复合材料由于耐磨性好，可用于制造油泵的泵壳体、止推板、安全阀等零部件。 

按照形态特征，镁基复合材料的增强体主要分为三种:(l)纤维，如炭纤维、SiC短纤维等;(2)晶须，如A12O3、SiC晶须等;(3)颗粒，如SiC、TiC颗粒等。连续纤维增强镁基复合材料沿纤维方向强化效果显著，引起人们的广泛兴趣，但是制备工艺复杂，而且产品难以回收利用。晶须增强镁基复合材料强度高、工艺性能优良，而且材料可以回收再用，但是其成本很高，大大限制了其应用范围。颗粒增强镁基复合材料具有制备工艺简单、可以制备成形复杂的铸件、成本低廉以及各向同性的性能，己成为镁基复合材料的研究热点之一。 

目前镁基复合材料产品以铸件，特别是压铸件居多，然而铸件的力学性能不够理想，产品形状尺寸存在一定的局限性且容易产生组织缺陷，导致镁基复合材料的使用性能和应用范围受到很大限制。因此，探索新型镁基复合材料成形方式的研究已经成为世界镁工业发展中的重要方向，以期获得获得更高的强度，更好的延展性以及多样化的力学性能，可以满足多样化结构件的要求的镁基复合材料。 

粉末锻造通常是指将粉末烧结的预成形坯经加热后，在闭式模中锻造成零件的成形工艺方法。它是将传统粉末冶金和精密锻造结合起来的一种新工艺，并兼两者的优点。可以制取密度接近材料理论密度的粉末锻件，克服了普通粉末冶金零件密度低的缺点。使粉末锻件的某些物理和力学性能达到甚至超过普通锻件的水平，同时，又保持了普通粉末冶金少屑、无屑工艺的优点。通过合理设计预成形坯和实行少、无飞边锻造，具有成形精确，材料利用率高，锻造能量消耗少等特点。 

发明内容

    本发明一种碳化硅颗粒增强镁基复合材料及制备方法的目的在于：克服现有技术之不足而提供一种采用多向锻造法制备碳化硅颗粒增强镁基复合材料及制备方法的技术方案，该制备方法，工艺简单、成本低廉、可有效提高镁基复合材料性能、拓展镁基复合材料性能的应用领域。 

本发明一种碳化硅颗粒增强镁基复合材料，其特征在于是一种是以纯Mg粉末、Al粉末和SiC颗粒微粉为原材料，采用粉末冶金和多向锻造法制备的碳化硅颗粒增强镁基复合材料。 

上述一种碳化硅颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于包括下述工艺步骤： 

①、配制Mg粉、Al粉和SiC颗粒粉混合的混合粉末，混料机中混合20min，混料过程中需氮气保护，其中Al粉质量百分比为5%～10%，SiC颗粒粉末的质量百分数为5%～25%；

②、将步骤①中的混合粉末压制成孔隙度<5%的粉末坯体，在真空条件下，于500℃进行无压烧结，所得产物即为SiC颗粒增强镁基复合坯体；

③、将步骤②后得到的SiC颗粒增强镁基复合坯体在锻压机上，温度在400～420℃进行三次多向锻造，每次变形率达到25～35%。

本发明一种碳化硅颗粒增强镁基复合材料及制备方法的优点在于：由于采用上述工艺方法，通过粉末冶金和多向锻造两种成型方法，使镁合金基体与SiC颗粒之间具有良好的浸润性和结合性，而且消除了粉末冶金成型过程中残留在材料内部的孔隙，最终获得了SiC颗粒均匀分布，镁合金基体晶粒细小的镁基复合材料，使该复合材料具有更好的力学性能。与其它颗粒增强镁基复合材料制备方法相比，本发明采用固态成型方法，工艺简单，成本低廉，易于实现工业化，能制备出具有力学性能优良的SiC颗粒增强镁基复合材料。 

附图说明

附图1为采用本发明方法所制备的炭SiC颗粒增强镁基复合材料金相照片。从图中可看出复合材料内部致密，无明显孔隙，SiC颗粒分布均匀，与镁合金基体结合良好。

附图2为多向锻造技术的工艺原理。

具体实施方式

实施方式1 

  配制Mg粉、Al粉和SiC颗粒粉混合的混合粉末。其中Al粉质量百分比为5%，SiC颗粒粉末的质量百分数为5%。将混合粉末在氮气保护下混合20min，然后压制成密度为 1.74g/cm³的粉末坯体，在真空条件下，于500℃进行无压烧结，所得产物即为SiC颗粒增强镁基复合坯体。将烧结得到SiC颗粒增强镁基复合坯体在锻压机上进行三次多向锻造。

其主要性能指标如下表所示： 

密度(g/cm3)	硬度/HB	σb (MPa)
			1.85	52	165.4

实施方式2

  配制Mg粉、Al粉和SiC颗粒粉混合的混合粉末。其中Al粉质量百分比为7%，SiC颗粒粉末的质量百分数为10%。将混合粉末在氮气保护下混合20min，然后压制成密度为 1.78g/cm³的粉末坯体，在真空条件下，于500℃进行无压烧结，所得产物即为SiC颗粒增强镁基复合坯体。将烧结得到SiC颗粒增强镁基复合坯体在锻压机上进行三次多向锻造。

其主要性能指标如下表所示： 

密度(g/cm3)	硬度/HRF	σb(MPa)
			1.95	55.7	196.4

实施方式3

配制Mg粉、Al粉和SiC颗粒粉混合的混合粉末。其中Al粉质量百分比为10%，SiC颗粒粉末的质量百分数为15%。将混合粉末在氮气保护下混合20min，然后压制成密度为 1.92g/cm³的粉末坯体，在真空条件下，于500℃进行无压烧结，所得产物即为SiC颗粒增强镁基复合坯体。将烧结得到SiC颗粒增强镁基复合坯体在锻压机上进行三次多向锻造。

其主要性能指标如下表所示： 

密度(g/cm3)	硬度/HRF	σb (MPa)
			2.01	60	175.3

Claims (2)

1.一种碳化硅颗粒增强镁基复合材料，其特征在于是一种是以纯Mg粉末、Al粉末和SiC颗粒微粉为原材料，采用粉末冶金和多向锻造法制备的碳化硅颗粒增强镁基复合材料。

2.权利要求1所述一种碳化硅颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于包括下述工艺步骤： 

①、配制Mg粉、Al粉和SiC颗粒粉混合的混合粉末，混料机中混合20min，混料过程中需氮气保护，其中Al粉质量百分比为5%～10%，SiC颗粒粉末的质量百分数为5%～25%；

②、将步骤①中的混合粉末压制成孔隙度<5%的粉末坯体，在真空条件下，于500℃进行无压烧结，所得产物即为SiC颗粒增强镁基复合坯体；

③、将步骤②后得到的SiC颗粒增强镁基复合坯体在锻压机上，温度在400～420℃进行三次多向锻造，每次变形率达到25～35%。

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