CN103421995B - 碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料及其制备方法，按照质量百分比由以下组分组成：纳米SiCp颗粒2.5～25%，其余为Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金，上述组分质量百分比之和为100%；Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金按质量百分比，包括Zn1～15%，Y1～10%，Nd0～2%，Zr0.5～1%，其它稀土0～2.5%，Fe<0.005%，Cu<0.02%，Ni<0.002%，其余为Mg，Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金为能够原位自生获得准晶及近似相的镁合金。本发明镁基复合材料兼具高强度、高弹性模量、高耐磨性和高阻尼特性的优点，其制备方法避免了粉末燃烧、爆炸和致密度问题及碳化硅的团聚烧损现象。
Description
技术领域
本发明属于金属材料冶金及金属基复合材料技术领域，涉及一种碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料，本发明还涉及该碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法。
背景技术
镁基复合材料具有高的比强度和弹性模量、良好的耐高温性及较低的热膨胀系数，既拥有镁合金的诸多优良综合性能又突破了耐磨性较差的局限，尤其是在常温和高温力学性能方面有大幅度提高。此外，镁基复合材料还具有良好的阻尼性能和电磁屏蔽性能，是良好的功能材料。镁及其合金结构件在机械加工、循环再生和铸造方面较铝有很大的技术优势，而且用镁基复合材料可以代替特种塑料，因此，镁基复合材料在航空、航天、军事工业和汽车工业领域中具有广阔的应用前景和市场潜力。
镁基复合材料基体的选用对其综合性能的影响至关重要，目前已经开发和应用的镁基复合材料的基体多为Mg-Al系，Mg-Zn系等，其组织中存在熔点相对较低的第二相，如Mg17Al12、Mg7Zn3等，这些相的存在严重影响了镁基复合材料的高温力学性能。另外，目前镁合金和镁基复合材料的室温拉伸性能指标普遍低于300MPa，其力学性能指标迫切需要大幅度提高，只有这样才能满足飞速发展的高技术对具有特殊性能指标的新材料的要求，才能促进日益更新的新水平不断提高。因此，对具有高性能指标的镁合金和镁基复合材料提出了迫切要求。
准晶相作为一种新型的强化相，其具有高稳定性、高硬度、高弹性模量、低的摩擦系数、优异的耐热、耐磨和耐腐蚀等良好的综合性能，近些年来已经成为国际上晶体物理学家和材料学家关注的热点。研究表明，准晶可以作为复合材料的增强颗粒有效强化镁合金和镁基复合材料，用来提高其综合力学性能指标。
目前，在镁合金中获得准晶相或颗粒的方法主要是通过外加引入方式和原位自生反应方式。
中国专利《准晶颗粒增强镁基复合材料及其制备方法》（申请号：20101013615.8，公开号：CN101787475A，公开日：2010.07.28）公开了一种准晶颗粒增强镁基复合材料及其制备方法，将尺寸为20～100μm的增强相Mg-Zn-Gd准晶颗粒加入到工业纯镁中。这种方法不仅需要预先制备Mg-Zn-Gd准晶材料颗粒，而且需要采用反复塑性变形设备变形100～400次，不仅控制复杂，能耗高，而且很难保证准晶相颗粒和纯镁颗粒在反复塑性变形过程中不发生相变反应，即不能保证预制备的准晶相在镁基复合材料中稳定存在。另外，由于准晶颗粒尺寸较大、表面容易氧化，大大损害基体和准晶增强颗粒的界面结合强度，这必然导致准晶颗粒增强镁基复合材料的综合力学性能不稳定，特别是伸长率和断裂强度指标难以控制。
控制凝固过程的热力学和动力学条件，可以在镁合金中通过原位自生反应稳定获得准晶相来增强镁合金，一方面去除了准晶颗粒的预制、处理和加入等复杂制备工艺，制备简单，便于组织规模化生产。另一方面，由于准晶相是自生形成的，它具有尺寸细小和分布均匀等优点，同时，准晶相特有的结构使得它具有极低的表面能，准晶相与基体间具有良好的结合界面，能够有效阻碍晶粒在高温下长大和粗化而保持非常稳定的结构，这也有利于具有不同弹性模量的镁基体和准晶强化相界面之间进行应力传递，从而能够大大提高镁合金的性能。中国专利《原位合成准晶及近似相增强高强超韧镁合金及制备方法》（申请号：200510124529.5，公开号：CN1789458A，公开日：2006.06.21）公开了一种原位合成准晶及近似相增强高强超韧镁合金及制备方法，通过常规凝固方法原位合成准晶及近似相增强常规凝固镁合金铸锭，再结合快速凝固及往复挤压大塑性变形工艺制备高强度镁合金。尽管这种工艺极大提高了镁合金的力学性能，但是由于原位自生准晶颗粒的数量有限，合金的性能仍不能满足现代科技发展对新材料特殊性能的要求，如室温和高温工作强度指标低、弹性模量低、阻尼性能低及耐磨性能差等。因此，迄待开发结合原位自生准晶颗粒和其它强化颗粒复合强化的镁合金或镁基复合材料。这将对制备更高性能指标的镁合金或镁基复合材料意义重大。
由于制备碳化硅（SiCp）的原材料资源丰富、制备工艺简单、成本低廉，而且作为第二相的SiCp颗粒具有高硬度（莫氏硬度高达9.5）、高的高温稳定性（熔点为2730℃）等优良的综合性能，尤其纳米级的SiCp颗粒不但能起到细晶强化的作用而且与镁不发生化学反应，是一种理想的镁合金及镁基复合材料的增强体。目前，在镁基复合材料领域，大多采用SiCp颗粒，基本尺寸多为微米级，不论是采用熔铸和塑性变形结合工艺还是半固态搅拌工艺，SiCp颗粒还是容易在基体中产生堆积、团聚和偏聚等不良现象，而且由于SiCp颗粒比表面积较大，容易造成爆炸事故。这不仅使材料的各项同性性能极不稳定，而且导致镁基复合材料的抗拉强度和伸长率均不能达标。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料，解决了现有镁基复合材料室温和高温下工作强度指标低和耐磨性能差的问题。
本发明的另一目的是提供上述碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料，按照质量百分比由以下组分组成：纳米SiCp颗粒2.5～25%，其余为Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金，上述组分质量百分比之和为100%；Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金按质量百分比，包括Zn1～15%，Y1～10%，Nd0～2%，Zr0.5～1%，其它稀土0～2.5%，Fe<0.005%，Cu<0.02%，Ni<0.002%，其余为Mg，上述组分质量百分比之和为100%。
本发明的特点还在于，
优选方案是，按照质量百分比由以下组分组成：纳米SiCp颗粒2.5～20%，其余为Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金，上述组分质量百分比之和为100%；Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金按质量百分比，包括Zn5～15%，Y2～6%，Nd1%，Zr0.8%，Fe<0.005%，Cu<0.02%，Ni<0.002%，其余为Mg，上述组分质量百分比之和为100%。
Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金为能够原位自生获得准晶及近似相颗粒的镁合金，其颗粒粒度为20～500nm。
纳米SiCp颗粒的粒径为50～200nm。
本发明所采用的另一技术方案是，上述碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金的制备
选定高纯工业镁锭，控制杂质元素Fe<0.005%，Cu<0.02%，Ni<0.002%，在电阻炉中熔化纯镁锭，并按质量百分比依次加入Zn1～15%，Y1～10%，Nd0～2%，Zr0.5～1%及其它稀土0～2.5%，采用常规凝固方法制备得到Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金铸锭；然后清除Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金铸锭表面的氧化膜污物，在真空腔内压强10-2Pa以下重熔上述Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金铸锭，在高纯氩气气氛下，采用快速凝固单辊梳流形式，通过控制喷嘴与铜辊辊面距离和辊速制备厚度20～100μm、宽度1～20mm、晶粒尺寸20～500nm的Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金薄带，再将其切割成直径约为0～1mm的薄片；
步骤2，混粉及预处理
称取质量百分比为2.5～25%、粒径为50～200nm的纳米SiCp颗粒，与步骤1制备的Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金薄片球磨干混后置于专用模具中预紧实成与后续挤压所用的挤压桶直径相同的块体，预紧实压力为0.5×106～1×106N，并在250～400℃条件下保温1～10小时，得到镁基复合材料块体；
步骤3，挤压成型
将步骤2得到的镁基复合材料块体经过往复挤压和普通正挤压结合成形方法、往复挤压和反挤压结合成形方法、直接普通正挤压成形方法或直接反挤压成形方法，控制挤压比为5～30，制成棒材、管材、板材或杯桶状的碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料。
本发明的特点还在于，
步骤2中球磨干混在高能球磨机中进行，采用高纯氩气保护，磨球为刚玉球，转速为200～300r/min，时间为1～10h。
步骤3中往复挤压和普通正挤压结合成形方法的具体步骤如下：将步骤2得到的镁基复合材料块体置于由第一挤压桶、往复挤压凹模和第二挤压桶顺序连接所形成的空腔中，并在第一挤压桶和第二挤压桶外端伸入的第一挤压杆和第二挤压杆的作用下填充满上述空腔，使设置在第一挤压桶、往复挤压凹模和第二挤压桶外围的往复挤压加热体通电加热，挤压在225～360℃条件下进行，镁基复合材料块体在第一挤压杆和第二挤压杆分别往复用力的情况下，通过往复挤压凹模处的部分被挤压变细，进入挤压桶的部分又被压缩镦粗，如此往复挤压2～10道次后取出材料；使设置在正挤压挤压桶外围的正挤压加热体通电加热，让正挤压挤压桶预热至225～360℃，将经过往复挤压的材料立即置于由正挤压挤压桶和正挤压凹模形成的空腔中，伸入正挤压挤压杆，并在225～360℃条件下进行正挤压，得到碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的型材、管材或板材。
步骤3中往复挤压和反挤压结合成形方法的具体步骤如下：将步骤2得到的镁基复合材料块体置于由第一挤压桶、往复挤压凹模和第二挤压桶顺序连接所形成的空腔中，并在第一挤压桶和第二挤压桶外端伸入的第一挤压杆和第二挤压杆的作用下填充满上述空腔，使设置在第一挤压桶、往复挤压凹模和第二挤压桶外围的往复挤压加热体通电加热，挤压在225～360℃条件下进行，镁基复合材料块体在第一挤压杆和第二挤压杆分别往复用力的情况下，通过往复挤压凹模处的部分被挤压变细，进入挤压桶的部分又被压缩镦粗，如此往复挤压2～10道次后取出材料；使设置在反挤压挤压桶外围的反挤压加热体通电加热，让反挤压挤压桶预热至225～360℃，将经过往复挤压的材料立即置于由反挤压挤压桶和反挤压凹模形成的空腔中，伸入反挤压挤压杆，并在225～360℃条件下进行反挤压，制成杯桶状的碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料。
步骤3中直接普通正挤压成形方法的具体步骤如下：使设置在正挤压挤压桶外围的正挤压加热体通电加热，让正挤压挤压桶预热至225～360℃，将步骤2得到的镁基复合材料块体置于由正挤压挤压桶和正挤压凹模形成的空腔中，伸入正挤压挤压杆，使镁基复合材料块体升温并保温10分钟，并在225～360℃条件下进行正挤压，制成碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的型材、管材或板材。
步骤3中直接反挤压成形方法的具体步骤如下：使设置在反挤压挤压桶外围的反挤压加热体通电加热，让反挤压挤压桶预热至225～360℃，将步骤2得到的镁基复合材料块体置于由反挤压挤压桶和反挤压凹模形成的空腔中，伸入反挤压挤压杆，使镁基复合材料块体升温并保温10分钟，并在225～360℃条件下进行反挤压，制成杯桶状的碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料。
本发明的有益效果是，
1.本发明碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料同时兼具高强度、高弹性模量、高耐磨性和高阻尼特性的优点，抗拉强度≥550MPa，伸长率≥6%，弹性模量>50GPa，密度小于2.2g/cm3，扩大了高强度镁基复合材料和镁合金的应用领域，尤其适应于一些特殊场合对高强韧镁基复合材料的需求。
2.本发明碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法避免了粉末冶金过程中粉末燃烧、爆炸和致密度问题及普通铸造法中SiCp颗粒的团聚和烧损现象，尤其避免了预制准晶颗粒直接加入造成的晶粒尺度、分布均匀性及稳定存在问题，制备得到的镁基复合材料中纳米SiCp颗粒和原位自生准晶及其近似相颗粒分布均匀、与基体界面结合良好，并且具有高强度、良好的综合力学性能、高弹性模量、高阻尼和高耐磨性能，同时兼有一定的伸长率，并具有优异的各向同性特性。
附图说明
图1是本发明碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法中往复挤压装置的结构示意图；
图2是本发明碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法中正挤压装置的结构示意图；
图3是本发明碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法中反挤压装置的结构示意图。
图中，1.第一挤压杆，2.第一挤压桶，3.往复挤压凹模，4.往复挤压加热体，5.第二挤压桶，6.被挤压工件，7.第二挤压杆，8.正挤压挤压杆，9.正挤压挤压桶，10.正挤压凹模，11.正挤压加热体，12.反挤压挤压杆，13.反挤压加热体，14.反挤压挤压桶，15.反挤压凹模。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料，按照质量百分比由以下组分组成：纳米SiCp颗粒2.5～25%，纳米SiCp颗粒的粒径为50～200nm，其余为Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金，上述组分质量百分比之和为100%；Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金按质量百分比，包括Zn1～15%，Y1～10%，Nd0～2%，Zr0.5～1%，其它稀土0～2.5%，Fe<0.005%，Cu<0.02%，Ni<0.002%，其余为Mg，以上组分质量百分比之和为100%。
Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金为能够原位自生获得准晶及近似相颗粒的镁合金，其颗粒粒度为20～500nm。
在基本组分Mg中加入Zn和Y，由于Zn和Y元素的活性及两者之间的强相互作用，当Y/(Y+Zn)的原子比小于0.3的合金中能够生成准晶相，在相同Y/(Y+Zn)原子比的情况下，生成准晶的量随Zn和Y含量的增加而增加。因此，在镁中加入合适比例的Zn和Y可以获得20面体稳定准晶I相(Mg3YZn6)及面心立方相Mg2Y3Zn3(W)以及18R长周期调制结构Mg12YZn(X)等准晶近似相，本发明选择Zn和Y的添加重量比为Zn1～15%和Y1～10%，同时，加入微量的Nd元素，能在快速凝固条件下形成微观偏析形成微细化合物，可进一步提高合金强度。其它RE（Ce，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Lu）为选择性组分，其在快速凝固条件下也可以形成准晶或近似相，本发明选择其含量质量比为0～2%。Zr在镁中一般不能形成化合物，通常以单质形式存在，可以起到质核心作用细化合金组织。Y、Nd及其它RE均有细化晶粒效果，改善基体α-Mg相的形态和分布，进一步提高合金的强度和韧性，同时，控制杂质含量Fe<0.005%，Cu<0.02%，Ni<0.002%等可以保证复合材料的合金基体具有良好的耐蚀性能。
本发明的优选方案是，按照质量百分比由以下组分组成：纳米SiCp颗粒2.5～20%，纳米SiCp颗粒的粒径为50～200nm，其余为Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金，上述组分质量百分比之和为100%；Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金按质量百分比，包括Zn5～15%，Y2～6%，Nd1%，Zr0.8%，Fe<0.005%，Cu<0.02%，Ni<0.002%，其余为Mg，以上组分质量百分比之和为100%。
以(Mg-6Zn-1.5Y-1Nd-0.8Zr)-15%SiCp复合材料为例，α-Mg相的晶粒尺寸小于2μm，沉淀析出的准晶强化相为20面体稳定准晶Mg3YZn6(I)和Mg2Y3Zn3(W)、Mg12Y1Zn1(X)等准晶近似相，其尺寸大约为20～500nm，复合材料的抗拉强度为565MPa，延伸率为8%，弹性模量55GPa，密度小于2.2g/cm3。与工业常用压铸AZ91D镁合金相比，复合材料的强度高，硬度高，弹性模量高，阻尼性能高，并且耐腐蚀性能优异。
上述碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金的制备
选定高纯工业镁锭，控制杂质元素Fe<0.005%，Cu<0.02%，Ni<0.002%，在电阻炉中熔化纯镁锭，并按质量百分比依次加入Zn1～15%，Y1～10%，Nd0～2%，Zr0.5～1%及其它稀土0～2.5%，采用常规凝固方法制备得到Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金铸锭；然后清除Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金铸锭表面的氧化膜污物，在真空腔内压强10-2Pa以下重熔上述Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金铸锭，在高纯氩气气氛下，采用快速凝固单辊梳流形式，通过控制喷嘴与铜辊辊面距离和辊速制备厚度20～100μm、宽度1～20mm、晶粒尺寸20～500nm的Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金薄带，再将其切割成直径约为0～1mm的薄片；
步骤2，混粉及预处理
称取质量百分比为2.5～25%、粒径为50～200nm的纳米SiCp颗粒，与步骤1制备的Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金薄片球磨干混，球磨干混在高能球磨机中进行，采用高纯氩气保护，磨球为刚玉球，转速为200～300r/min，时间为1～10h，然后置于专用模具中预紧实成与后续挤压所用的挤压桶直径相同的块体，预紧实压力为0.5×106～1×106N，并在250～400℃条件下保温1～10小时，得到镁基复合材料块体；
步骤3，挤压成型
将步骤2得到的镁基复合材料块体经过往复挤压和普通正挤压结合成形方法、往复挤压和反挤压结合成形方法、直接普通正挤压成形方法或直接反挤压成形方法，控制挤压比为5～30，制成型材、管材、板材或杯桶状的碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料。
往复挤压装置的结构如图1所示，包括顺序连接的第一挤压桶2、由两个半凹模组成的往复挤压凹模3和第二挤压桶5，第一挤压桶2、往复挤压凹模3和第二挤压桶5的外壁围绕设置往复挤压加热体4，将被挤压材料6分别放入第一挤压桶2和第二挤压桶5后，第一挤压杆1和第二挤压杆7分别插入第一挤压桶2和第二挤压桶5，从两端抵住被挤压材料6。
正挤压装置的结构如图2所示，包括正挤压挤压桶9、设置在正挤压挤压桶9底部的正挤压凹模10及设置在正挤压挤压桶9外壁的正挤压加热体11，被挤压材料6放在正挤压挤压桶9和正挤压凹模10的空腔内，通过正挤压挤压杆8施加压力，使其从正挤压凹模10中挤出，从而获得所需要的断面形状和尺寸的型材。
反挤压装置的结构如图3所示，包括反挤压挤压桶14、设置在反挤压挤压桶14底部的反挤压凹模15及设置在反挤压挤压桶14外壁的反挤压加热体13，被挤压材料6放在反挤压挤压桶14和反挤压凹模15形成的空腔中，伸入反挤压挤压杆12，制成杯桶状材料。
往复挤压和普通正挤压结合成形方法的具体步骤如下：将步骤2得到的镁基复合材料块体置于由第一挤压桶2、往复挤压凹模3和第二挤压桶5顺序连接所形成的空腔中，并在第一挤压桶2和第二挤压桶5外端伸入的第一挤压杆1和第二挤压杆7的作用下填充满上述空腔，使设置在第一挤压桶2、往复挤压凹模3和第二挤压桶5外围的往复挤压加热体通电加热4，挤压在225～360℃条件下进行，镁基复合材料块体在第一挤压杆1和第二挤压杆7分别往复用力的情况下，通过往复挤压凹模3处的部分被挤压变细，进入挤压桶的部分又被压缩镦粗，如此往复挤压2～10道次后取出材料；使设置在正挤压挤压桶9外围的正挤压加热体11通电加热，让正挤压挤压桶9预热至225～360℃，将经过往复挤压的材料立即置于由正挤压挤压桶9和正挤压凹模10形成的空腔中，伸入正挤压挤压杆8，并在225～360℃条件下进行正挤压，得到碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料型材、管材或板材。
往复挤压和反挤压结合成形方法的具体步骤如下：将步骤2得到的镁基复合材料块体置于由第一挤压桶2、往复挤压凹模3和第二挤压桶5顺序连接所形成的空腔中，并在第一挤压桶2和第二挤压桶5外端伸入的第一挤压杆1和第二挤压杆7的作用下填充满上述空腔，使设置在第一挤压桶2、往复挤压凹模3和第二挤压桶5外围的往复挤压加热体4通电加热，挤压在225～360℃条件下进行，镁基复合材料块体在第一挤压杆1和第二挤压杆7分别往复用力的情况下，通过往复挤压凹模处3的部分被挤压变细，进入挤压桶的部分又被压缩镦粗，如此往复挤压2～10道次后取出材料；使设置在反挤压挤压桶14外围的反挤压加热体13通电加热，让反挤压挤压桶14预热至225～360℃，将经过往复挤压的材料立即置于由反挤压挤压桶14和反挤压凹模15形成的空腔中，伸入反挤压挤压杆12，并在225～360℃条件下进行反挤压，制成杯桶状的碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料。
直接普通正挤压成形方法的具体步骤如下：使设置在正挤压挤压桶9外围的正挤压加热体11通电加热，让正挤压挤压桶9预热至225～360℃，将步骤2得到的镁基复合材料块体置于由正挤压挤压桶9和正挤压凹模10形成的空腔中，伸入正挤压挤压杆8，使镁基复合材料块体升温并保温10分钟，并在225～360℃条件下进行正挤压，制成碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的型材、管材或板材。
直接反挤压成形方法的具体步骤如下：使设置在反挤压挤压桶14外围的反挤压加热体13通电加热，让反挤压挤压桶14预热至225～360℃，将步骤2得到的镁基复合材料块体置于由反挤压挤压桶14和反挤压凹模15形成的空腔中，伸入反挤压挤压杆12，使镁基复合材料块体升温并保温10分钟，并在225～360℃条件下进行反挤压，制成杯桶状的碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料。
本发明碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料，其基体组成为α-Mg相，且晶粒尺寸小于2μm，准晶强化相为20面体稳定准晶Mg3YZn6(I)和Mg2Y3Zn3(W)、Mg12Y1Zn1(X)等准晶近似相，其尺寸大约为20～500nm；质量百分比为2.5～25%的50～200nm的纳米SiCp颗粒均匀弥散分布，大幅度提高了基体的综合力学性能，达到了抗拉强度≥550MPa，伸长率≥6%，密度<2.2g/cm3，弹性模量>50GPa，扩大了镁合金的应用领域，尤其适应于一些特殊场合对高强韧镁基复合材料的需求。
本发明碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法避免了粉末冶金过程中粉末燃烧、爆炸和致密度问题及普通铸造法中SiCp颗粒的团聚和烧损现象，尤其避免了预制准晶颗粒直接加入造成的晶粒尺度、分布均匀性及稳定存在问题，制备得到的镁基复合材料中纳米SiCp颗粒和原位自生准晶及其近似相颗粒分布均匀、与基体界面结合良好，并且具有高强度、良好的综合力学性能、高弹性模量、高阻尼和高耐磨性能，同时兼有一定的伸长率，并具有优异的各向同性特性。
实施例1
选择Mg-6Zn-2Y-1Nd-0.8Zr镁合金作为复合材料的基体合金，Mg-6Zn-2Y-1Nd-0.8Zr镁合金的质量百分比组成为：6%Zn、2%Y、1%Nd、0.8%Zr，控制Fe<0.005%，Cu<0.02%，Ni<0.002%，其余为Mg。在电阻炉中720℃将纯镁锭完全熔化，然后依次加入纯锌锭和Mg-40%Y、Mg-30%Nd和Mg-20%Zr中间合金搅拌并升温至760℃，最后搅拌并保温10分钟后，最后在720℃浇入水冷铜铸型中获得铸锭，熔化过程中在（CO2+0.5%SF6）气体保护下进行，清除上述常规凝固铸锭表面的氧化膜等污物，在高纯Ar气氛下保护条件下在单辊梳流式快速凝固设备中重熔镁合金铸锭，然后将熔融Mg-6Zn-2Y-1Nd-0.8Zr镁合金在Ar压力条件下喷射在高速旋转的铜辊上制成厚度为20μm～60μm、宽度为3mm～10mm、晶粒尺寸为50nm的快速凝固Mg-6Zn-2Y-1Nd-0.8Zr镁合金薄带，再将上述快速凝固Mg-6Zn-2Y-1Nd-0.8Zr镁合金薄带切割成1mm的薄片；
称取质量百分比为15%、粒径为100nm的纳米SiCp颗粒，与上述制备的Mg-6Zn-2Y-1Nd-0.8Zr镁合金薄片球磨干混，球磨干混在高能球磨机中进行，采用高纯氩气保护，磨球为刚玉球，转速为250r/min，时间为1.5h，然后置于专用模具中预紧实成与后续挤压所用的挤压桶直径相同的块体，预紧实压力为6×105N，并在300℃条件下保温2小时，得到镁基复合材料块体；
将上述镁基复合材料块体置于往复挤压装置中在300℃、挤压比为5条件下往复挤压大塑性变形10道次，然后取出并在225℃通过普通正挤压制成(Mg-6Zn-2Y-1Nd-0.8Zr)-15%SiCp复合材料型材。
实施例1制备得到的(Mg-6Zn-2Y-1Nd-0.8Zr)-15%SiCp复合材料型材α-Mg相的晶粒尺寸小于2μm，沉淀析出的准晶强化相为20面体稳定准晶Mg3YZn6(I)和Mg2Y3Zn3(W)、Mg12Y1Zn1(X)等准晶近似相，其尺寸大约为50～200nm，体积百分比含量大约10%，复合材料的抗拉强度为565MPa，延伸率为8%，弹性模量55GPa，密度为2.015g/cm3。
实施例2
选择Mg-8Zn-3Y-1Nd-0.5Zr-0.6Ce镁合金作为复合材料的基体合金，Mg-8Zn-3Y-1Nd-0.5Zr-0.6Ce镁合金的质量百分比组成为：8%Zn、3%Y、1%Nd、0.5%Zr、0.6%Ce，控制Fe<0.005%，Cu<0.02%，Ni<0.002%，其余为Mg。在电阻炉中720℃将纯镁锭完全熔化，然后依次加入纯锌锭和Mg-40%Y、Mg-30%Nd和Mg-20%Zr中间合金搅拌并升温至760℃，最后搅拌并保温10分钟后，最后在720℃浇入水冷铜铸型中获得铸锭，熔化过程中在（CO2+0.5%SF6）气体保护下进行；清除上述常规凝固铸锭表面的氧化膜等污物，在高纯Ar气氛下保护条件下在单辊梳流式快速凝固设备中重熔Mg-8Zn-3Y-1Nd-0.5Zr-0.6Ce镁合金铸锭，然后将熔融镁合金在Ar压力条件下喷射在高速旋转的铜辊上制成厚度为20μm～80μm、宽度为5mm～15mm、晶粒尺寸为100nm的快速凝固Mg-8Zn-3Y-1Nd-0.5Zr-0.6Ce镁合金薄带，再将上述快速凝固Mg-8Zn-3Y-1Nd-0.5Zr-0.6Ce镁合金薄带切割成0.8mm的薄片；
称取质量百分比为10%、粒径为80nm的纳米SiCp颗粒，与上述制备的Mg-8Zn-3Y-1Nd-0.5Zr-0.6Ce镁合金薄片球磨干混，球磨干混在高能球磨机中进行，采用高纯氩气保护，磨球为刚玉球，转速为300r/min，时间为2.5h，然后置于专用模具中预紧实成与后续挤压所用的挤压桶直径相同的块体，预紧实压力为5×105N，并在320℃条件下保温3小时，得到镁基复合材料块体；
将上述得到镁基复合材料块体置于往复挤压装置中在320℃、挤压比为20条件下往复挤压大塑性变形8道次，然后取出并在300℃通过普通正挤压制成6mm厚的(Mg-8Zn-3Y-1Nd-0.5Zr-0.6Ce)-10%SiCp复合材料板材。
实施例2制备得到的(Mg-8Zn-3Y-1Nd-0.5Zr-0.6Ce)-10%SiCp复合材料板材α-Mg相的晶粒尺寸小于1.5μm，沉淀析出的准晶强化相为20面体稳定准晶Mg3YZn6(I)和Mg2Y3Zn3(W)、Mg12Y1Zn1(X)等准晶近似相，其尺寸大约为50～120nm，体积百分比含量大约15%，复合材料的抗拉强度为580MPa，延伸率为10%，弹性模量54GPa，密度为2.020g/cm3。
实施例3
选择Mg-5Zn-1Y-0.8Nd-0.8Zr-0.8Ce镁合金作为复合材料的基体合金，Mg-5Zn-1Y-0.8Nd-0.8Zr-0.8Ce镁合金的质量百分比组成为：5%Zn、1%Y、0.8%Nd、0.8%Zr、0.8%Ce，控制Fe<0.005%，Cu<0.02%，Ni<0.002%，其余为Mg。在电阻炉中720℃将纯镁锭完全熔化，然后依次加入纯锌锭和Mg-40%Y、Mg-30%Nd和Mg-20%Zr中间合金搅拌并升温至760℃，最后搅拌并保温10分钟后，最后在720℃浇入水冷铜铸型中获得铸锭，熔化过程中在（CO2+0.5%SF6）气体保护下进行，清除上述常规凝固铸锭表面的氧化膜等污物，在高纯Ar气氛下保护条件下在单辊梳流式快速凝固设备中重熔Mg-5Zn-1Y-0.8Nd-0.8Zr-0.8Ce镁合金铸锭，然后将熔融镁合金在Ar压力条件下喷射在高速旋转的铜辊上制成厚度为20μm～60μm、宽度为3mm～10mm、晶粒尺寸为150nm的快速凝固Mg-5Zn-1Y-0.8Nd-0.8Zr-0.8Ce镁合金薄带，再将上述快速凝固Mg-5Zn-1Y-0.8Nd-0.8Zr-0.8Ce镁合金薄带切割成0.8mm的薄片；
称取质量百分比为5%、粒径为50nm的纳米SiCp颗粒，与上述制备的Mg-5Zn-1Y-0.8Nd-0.8Zr-0.8Ce镁合金薄片球磨干混，球磨干混在高能球磨机中进行，采用高纯氩气保护，磨球为刚玉球，转速为300r/min，时间为5h，然后置于专用模具中预紧实成与后续挤压所用的挤压桶直径相同的块体，预紧实压力为8×105N，并在280℃条件下保温4小时，得到镁基复合材料块体；
将上述得到镁基复合材料块体置于往复挤压装置中在300℃、挤压比为10条件下往复挤压大塑性变形4道次，然后取出并在280℃通过普通正挤压制成壁厚为5mm的(Mg-5Zn-1Y-0.8Nd-0.8Zr-0.8Ce)-5%SiCp复合材料管材。
实施例3制备得到的(Mg-5Zn-1Y-0.8Nd-0.8Zr-0.8Ce)-5%SiCp复合材料管材α-Mg相的晶粒尺寸小于1.5μm，沉淀析出的准晶强化相为20面体稳定准晶Mg3YZn6(I)和Mg2Y3Zn3(W)、Mg12Y1Zn1(X)等准晶近似相，其尺寸大约为50～120nm，体积百分比含量大约18%，复合材料的抗拉强度为550MPa，延伸率为12%，弹性模量56GPa，密度为1.942g/cm3。
实施例4
选择Mg-8Zn-5Y-2Nd-0.8Zr-1.5Ce镁合金作为复合材料的基体合金，Mg-8Zn-5Y-2Nd-0.8Zr-1.5Ce镁合金的质量百分比组成为：8%Zn、5%Y、2%Nd、0.8%Zr、1.5%Ce，控制Fe<0.005%，Cu<0.02%，Ni<0.002%，其余为Mg。在电阻炉中720℃将纯镁锭完全熔化，然后依次加入纯锌锭和Mg-40%Y、Mg-30%Nd和Mg-20%Zr中间合金搅拌并升温至760℃，最后搅拌并保温10分钟后，最后在720℃浇入水冷铜铸型中获得铸锭，熔化过程中在（CO2+0.5%SF6）气体保护下进行，清除上述常规凝固铸锭表面的氧化膜等污物，在高纯Ar气氛下保护条件下在单辊梳流式快速凝固设备中重熔镁合金铸锭，然后将熔融镁合金在Ar压力条件下喷射在高速旋转的铜辊上制成厚度为20μm～60μm、宽度为3mm～10mm、晶粒尺寸为20nm的快速凝固Mg-8Zn-5Y-2Nd-0.8Zr-1.5Ce镁合金薄带，将上述快速凝固Mg-8Zn-5Y-2Nd-0.8Zr-1.5Ce镁合金薄带切割成0.8mm左右的薄片；
称取质量百分比为2.5%、粒径为50nm的纳米SiCp颗粒，与上述制备的Mg-8Zn-5Y-2Nd-0.8Zr-1.5Ce镁合金薄片球磨干混，球磨干混在高能球磨机中进行，采用高纯氩气保护，磨球为刚玉球，转速为200r/min，时间为2h，然后置于专用模具中预紧实成与后续挤压所用的挤压桶直径相同的块体，预紧实压力为8×105N，并在250℃条件下保温4小时，得到镁基复合材料块体；
将上述得到镁基复合材料块体置于往复挤压装置中在330℃、挤压比为30条件下往复挤压大塑性变形2道次，然后取出并在320℃通过普通反挤压制成壁厚为6mm的杯桶状(Mg-8Zn-5Y-2Nd-0.8Zr-1.5Ce)-2.5%SiCp复合材料。
实施例4制备得到的(Mg-8Zn-5Y-2Nd-0.8Zr-1.5Ce)-2.5%SiCp复合材料α-Mg相的晶粒尺寸小于1.5μm，沉淀析出的准晶强化相为20面体稳定准晶Mg3YZn6(I)和Mg2Y3Zn3(W)、Mg12Y1Zn1(X)等准晶近似相，其尺寸大约为50～120nm，体积百分比含量大约15%，复合材料的抗拉强度为610MPa，延伸率为8%，弹性模量57GPa，密度为2.013g/cm3。
实施例5
选择Mg-15Zn-5Y-0.8Nd-0.8Zr-0.8Ce镁合金作为复合材料的基体合金，Mg-15Zn-5Y-0.8Nd-0.8Zr-0.8Ce镁合金的质量百分比组成为：15%Zn、5%Y、0.8%Nd、0.8%Zr、0.8%Ce，控制Fe<0.005%，Cu<0.02%，Ni<0.002%，其余为Mg。在电阻炉中720℃将纯镁锭完全熔化，然后依次加入纯锌锭和Mg-40%Y、Mg-30%Nd和Mg-20%Zr中间合金搅拌并升温至760℃，最后搅拌并保温10分钟后，最后在720℃浇入水冷铜铸型中获得铸锭，熔化过程中在（CO2+0.5%SF6）气体保护下进行，清除上述常规凝固铸锭表面的氧化膜等污物，在高纯Ar气氛下保护条件下在单辊梳流式快速凝固设备中重熔镁合金铸锭，然后将熔融镁合金在Ar压力条件下喷射在高速旋转的铜辊上制成厚度为20μm～60μm、宽度为3mm～10mm、晶粒尺寸为500nm的快速凝固Mg-15Zn-5Y-0.8Nd-0.8Zr-0.8Ce镁合金薄带，将上述快速凝固Mg-15Zn-5Y-0.8Nd-0.8Zr-0.8Ce镁合金薄带切割成0.8mm左右的薄片；
称取质量百分比为7.5%、粒径为50nm的纳米SiCp颗粒，与上述制备的Mg-15Zn-5Y-0.8Nd-0.8Zr-0.8Ce镁合金薄片球磨干混，球磨干混在高能球磨机中进行，采用高纯氩气保护，磨球为刚玉球，转速为300r/min，时间为1h，然后置于专用模具中预紧实成与后续挤压所用的挤压桶直径相同的块体，预紧实压力为8×105N，并在300℃条件下保温10小时，得到镁基复合材料块体；
将上述镁基复合材料块体置于反挤压装置中在350℃通过普通反挤压制成壁厚为8mm的杯桶状(Mg-15Zn-5Y-0.8Nd-0.8Zr-0.8Ce)-7.5%SiCp复合材料。
实施例5制备得到的(Mg-15Zn-5Y-0.8Nd-0.8Zr-0.8Ce)-7.5%SiCp复合材料α-Mg相的晶粒尺寸小于2μm，沉淀析出的准晶强化相为20面体稳定准晶Mg3YZn6(I)和Mg2Y3Zn3(W)、Mg12Y1Zn1(X)等准晶近似相，其尺寸大约为50～120nm，体积百分比含量大约12%，复合材料的抗拉强度为570MPa，延伸率为6%，弹性模量57GPa，密度为2.013g/cm3。
实施例6
选择Mg-10Zn-6Y-1Nd-1Zr-1Ce镁合金作为复合材料的基体合金，Mg-10Zn-6Y-1Nd-1Zr-1Ce镁合金的质量百分比组成为：10%Zn、6%Y、1%Nd、1%Zr、1%Ce，控制Fe<0.005%，Cu<0.02%，Ni<0.002%，其余为Mg。在电阻炉中720℃将纯镁锭完全熔化，然后依次加入纯锌锭和Mg-40%Y、Mg-30%Nd和Mg-20%Zr中间合金搅拌并升温至760℃，最后搅拌并保温10分钟后，最后在720℃浇入水冷铜铸型中获得铸锭，熔化过程中在（CO2+0.5%SF6）气体保护下进行，清除上述常规凝固铸锭表面的氧化膜等污物，在高纯Ar气氛下保护条件下在单辊梳流式快速凝固设备中重熔镁合金铸锭，然后将熔融镁合金在Ar压力条件下喷射在高速旋转的铜辊上制成厚度为20μm～60μm、宽度为3mm～12mm、晶粒尺寸为300nm的快速凝固Mg-10Zn-6Y-1Nd-1Zr-1Ce镁合金薄带，将上述快速凝固Mg-10Zn-6Y-1Nd-1Zr-1Ce镁合金薄带切割成0.8mm左右的薄片；
称取质量百分比为25%、粒径为200nm的纳米SiCp颗粒，与上述制备的Mg-10Zn-6Y-1Nd-1Zr-1Ce镁合金薄片球磨干混，球磨干混在高能球磨机中进行，采用高纯氩气保护，磨球为刚玉球，转速为200r/min，时间为8h，然后置于专用模具中预紧实成与后续挤压所用的挤压桶直径相同的块体，预紧实压力为9×105N，并在400℃条件下保温1小时，得到镁基复合材料块体；
将上述得到的镁基复合材料块体置于正挤压装置中在360℃通过普通正挤压制成壁厚为5mm的(Mg-10Zn-6Y-1Nd-1Zr-1Ce)-25%SiCp复合材料管材。
实施例6制备得到的(Mg-10Zn-6Y-1Nd-1Zr-1Ce)-25%SiCp复合材料管材α-Mg相的晶粒尺寸小于2μm，沉淀析出的准晶强化相为20面体稳定准晶Mg3YZn6(I)和Mg2Y3Zn3(W)、Mg12Y1Zn1(X)等准晶近似相，其尺寸大约为50～120nm，体积百分比含量大约18%，复合材料的抗拉强度为590MPa，延伸率为6%，弹性模量59GPa，密度为2.165g/cm3。
实施例7
选择Mg-1Zn-10Y-1Nd-0.8Zr-2.5Ce镁合金作为复合材料的基体合金，Mg-1Zn-10Y-1Nd-0.8Zr-2.5Ce镁合金的质量百分比组成为：1%Zn、10%Y、1%Nd、0.8%Zr、2.5%Ce，控制Fe<0.005%，Cu<0.02%，Ni<0.002%，其余为Mg。在电阻炉中720℃将纯镁锭完全熔化，然后依次加入纯锌锭和Mg-40%Y、Mg-30%Nd和Mg-20%Zr中间合金搅拌并升温至760℃，最后搅拌并保温10分钟后，最后在720℃浇入水冷铜铸型中获得铸锭，熔化过程中在（CO2+0.5%SF6）气体保护下进行，清除上述常规凝固铸锭表面的氧化膜等污物，在高纯Ar气氛下保护条件下在单辊梳流式快速凝固设备中重熔镁合金铸锭，然后将熔融镁合金在Ar压力条件下喷射在高速旋转的铜辊上制成厚度为20μm～60μm、宽度为3mm～12mm、晶粒尺寸为400nm的快速凝固Mg-1Zn-10Y-1Nd-0.8Zr-2.5Ce镁合金薄带，再将上述快速凝固Mg-1Zn-10Y-1Nd-0.8Zr-2.5Ce镁合金薄带切割成0.5mm左右的薄片；
称取质量百分比为20%、粒径为75nm的纳米SiCp颗粒，与上述制备的Mg-1Zn-10Y-1Nd-0.8Zr-2.5Ce镁合金薄片球磨干混，球磨干混在高能球磨机中进行，采用高纯氩气保护，磨球为刚玉球，转速为300r/min，时间为10h，然后置于专用模具中预紧实成与后续挤压所用的挤压桶直径相同的块体，预紧实压力为1.0×106N，并在330℃条件下保温8小时，得到镁基复合材料块体；
将上述得到的镁基复合材料块体置于正挤压装置中在350℃通过普通正挤压制成(Mg-1Zn-10Y-1Nd-0.8Zr-2.5Ce)-20%SiCp复合材料棒材。
实施例7制备得到的(Mg-1Zn-10Y-1Nd-0.8Zr-2.5Ce)-20%SiCp复合材料型材α-Mg相的晶粒尺寸小于2μm，沉淀析出的准晶强化相为20面体稳定准晶Mg3YZn6(I)和Mg2Y3Zn3(W)、Mg12Y1Zn1(X)等准晶近似相，其尺寸大约为50～120nm，体积百分比含量大约15%，复合材料的抗拉强度为540MPa，延伸率为6%，弹性模量57GPa，密度为2.066g/cm3。
Claims (7)
1.碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料，其特征在于，按照质量百分比由以下组分组成：纳米SiCp颗粒2.5～20％，其余为Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金，上述组分质量百分比之和为100％；所述Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金按质量百分比，包括Zn15％，Y5％，Nd1％，Zr0.5～1％，其它稀土0～2.5％，Fe<0.005％，Cu<0.02％，Ni<0.002％，其余为Mg，上述组分质量百分比之和为100％；
或者，按照质量百分比由以下组分组成：纳米SiCp颗粒2.5～20％，其余为Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金，上述组分质量百分比之和为100％；所述Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金按质量百分比，包括Zn1％，Y10％，Nd1％，Zr0.5～1％，其它稀土0～2.5％，Fe<0.005％，Cu<0.02％，Ni<0.002％，其余为Mg，上述组分质量百分比之和为100％；
所述Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金为能够原位自生获得准晶及近似相颗粒的镁合金，其颗粒粒度为20～400nm；
所述纳米SiCp颗粒的粒径为50～80nm。
2.碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金的制备
选定高纯工业镁锭，控制杂质元素Fe<0.005％，Cu<0.02％，Ni<0.002％，在电阻炉中熔化纯镁锭，并按质量百分比依次加入Zn15％，Y5％，Nd1％，Zr0.5～1％，其它稀土0～2.5％，或者按质量百分比依次加入Zn1％，Y10％，Nd1％，Zr0.5～1％，其它稀土0～2.5％，采用常规凝固方法制备得到Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金铸锭；然后清除Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金铸锭表面的氧化膜污物，在真空腔内压强10-2Pa以下重熔上述Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金铸锭，在高纯氩气气氛下，采用快速凝固单辊梳流形式，通过控制喷嘴与铜辊辊面距离和辊速制备厚度20～100μm、宽度1～20mm、晶粒尺寸20～400nm的Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金薄带，再将其切割成直径为0～1mm的薄片；
步骤2，混粉及预处理
称取质量百分比为2.5～20％、粒径为50～80nm的纳米SiCp颗粒，与步骤1制备的Mg-Zn-Y基快速凝固镁合金薄片球磨干混后置于专用模具中预紧实成与后续挤压所用的挤压桶直径相同的块体，预紧实压力为0.5×106～1×106N，并在250～400℃条件下保温1～10小时，得到镁基复合材料块体；
步骤3，挤压成型
将步骤2得到的镁基复合材料块体经过往复挤压和普通正挤压结合成形方法、往复挤压和反挤压结合成形方法、直接普通正挤压成形方法或直接反挤压成形方法，控制挤压比为5～30，制成棒材、管材、板材或杯桶状的碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料。
3.根据权利要求2所述的碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中球磨干混在高能球磨机中进行，采用高纯氩气保护，磨球为刚玉球，转速为200～300r/min，时间为1～10h。
4.根据权利要求2或3所述的碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中往复挤压和普通正挤压结合成形方法的具体步骤如下：将步骤2得到的镁基复合材料块体置于由第一挤压桶(2)、往复挤压凹模(3)和第二挤压桶(5)顺序连接所形成的空腔中，并在所述第一挤压桶(2)和所述第二挤压桶(5)外端伸入的第一挤压杆(1)和第二挤压杆(7)的作用下填充满上述空腔，使设置在所述第一挤压桶(2)、所述往复挤压凹模(3)和所述第二挤压桶(5)外围的往复挤压加热体(4)通电加热，挤压在225～360℃条件下进行，镁基复合材料块体在所述第一挤压杆(1)和所述第二挤压杆(7)分别往复用力的情况下，通过所述往复挤压凹模(3)处的部分被挤压变细，进入挤压桶的部分又被压缩镦粗，如此往复挤压2～10道次后取出材料；使设置在正挤压挤压桶(9)外围的正挤压加热体(11)通电加热，让所述正挤压挤压桶(9)预热至225～360℃，将经过往复挤压的材料立即置于由所述正挤压挤压桶(9)和正挤压凹模(10)形成的空腔中，伸入正挤压挤压杆(8)，并在225～360℃条件下进行正挤压，得到碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的型材、管材或板材。
5.根据权利要求2或3所述的碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中往复挤压和反挤压结合成形方法的具体步骤如下：将步骤2得到的镁基复合材料块体置于由第一挤压桶(2)、往复挤压凹模(3)和第二挤压桶(5)顺序连接所形成的空腔中，并在所述第一挤压桶(2)和所述第二挤压桶(5)外端伸入的第一挤压杆(1)和第二挤压杆(7)的作用下填充满上述空腔，使设置在所述第一挤压桶(2)、所述往复挤压凹模(3)和所述第二挤压桶(5)外围的往复挤压加热体(4)通电加热，挤压在225～360℃条件下进行，镁基复合材料块体在所述第一挤压杆(1)和所述第二挤压杆(7)分别往复用力的情况下，通过所述往复挤压凹模(3)处的部分被挤压变细，进入挤压桶的部分又被压缩镦粗，如此往复挤压2～10道次后取出材料；使设置在反挤压挤压桶(14)外围的反挤压加热体(13)通电加热，让所述反挤压挤压桶(14)预热至225～360℃，将经过往复挤压的材料立即置于由所述反挤压挤压桶(14)和反挤压凹模(15)形成的空腔中，伸入反挤压挤压杆(12)，并在225～360℃条件下进行反挤压，制成杯桶状的碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料。
6.根据权利要求2或3所述的碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中直接普通正挤压成形方法的具体步骤如下：使设置在正挤压挤压桶(9)外围的正挤压加热体(11)通电加热，让所述正挤压挤压桶(9)预热至225～360℃，将步骤2得到的镁基复合材料块体置于由所述正挤压挤压桶(9)和正挤压凹模(10)形成的空腔中，伸入正挤压挤压杆(8)，使镁基复合材料块体升温并保温10分钟，并在225～360℃条件下进行正挤压，制成碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的型材、管材或板材。
7.根据权利要求2或3所述的碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中直接反挤压成形方法的具体步骤如下：使设置在反挤压挤压桶(14)外围的反挤压加热体(13)通电加热，让所述反挤压挤压桶(14)预热至225～360℃，将步骤2得到的镁基复合材料块体置于由所述反挤压挤压桶(14)和反挤压凹模(15)形成的空腔中，伸入反挤压挤压杆(12)，使镁基复合材料块体升温并保温10分钟，并在225～360℃条件下进行反挤压，制成杯桶状的碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料。
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| CN106282864A (zh) * | 2016-08-10 | 2017-01-04 | 广东省材料与加工研究所 | 一种快速凝固高强韧镁合金的制备成形方法 |
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
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| CN1616697A (zh) * | 2004-11-11 | 2005-05-18 | 重庆大学 | 一种含稀土钇的高塑性镁合金 |
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