CN104532099A - 一种轻质金属间化合物颗粒增强金属基复合材料 - Google Patents

一种轻质金属间化合物颗粒增强金属基复合材料 Download PDF

Info

Publication number
CN104532099A
CN104532099A CN201510011914.2A CN201510011914A CN104532099A CN 104532099 A CN104532099 A CN 104532099A CN 201510011914 A CN201510011914 A CN 201510011914A CN 104532099 A CN104532099 A CN 104532099A
Authority
CN
China
Prior art keywords
intermetallic compound
matrix composite
light
metal matrix
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510011914.2A
Other languages
English (en)
Inventor
潘英才
黄正
吴国清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN201510011914.2A priority Critical patent/CN104532099A/zh
Publication of CN104532099A publication Critical patent/CN104532099A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

本发明提出了一种以低密度Al2Ca金属间化合物作为增强颗粒的金属基复合材料，颗粒粒径小于5μm，其增强体占总体积5～60％，余量为基体合金。作为一种轻质金属间化合物颗粒增强金属基复合材料，本发明具有以下优势：金属基复合材料中的Al2Ca增强体密度约为2.20g/cm3，可制备具有高比例增强体的轻质金属基复合材料；Al2Ca所具有的金属属性和适中的弹性模量，可有效改善增强相/基体合金界面状态，保证在提高基体合金强度的同时，金属基复合材料仍具有较好的塑性及韧性。

Description

一种轻质金属间化合物颗粒增强金属基复合材料
技术领域
本发明涉及金属基复合材料领域，特别提供了一种利用低密度金属间化合物Al2Ca颗粒增强超轻镁锂合金、镁合金或铝合金的复合材料。
背景技术
颗粒增强镁、铝基复合材料具有高的比强度、比模量、耐磨性和抗蠕变性能，在航空航天、汽车制造、电子封装和运动器材等领域具有广阔的应用前景。
目前，在镁、铝基复合材料中选择的增强颗粒材料主要为氧化物、碳化物、氮化物等陶瓷材料，如Al2O3、SiC、B4C、Si3N4等，其特点是高硬度、高弹性模量、强耐磨性、高耐高温性。但是，陶瓷材料本质性脆性和过高的模量(见表)也造成了陶瓷颗粒增强材料塑性和韧性的严重损伤。为此，此前曾公布了一种含稀土金属间化合物颗粒增强金属基复合材料(发明专利ZL031119684.5)，利用金属间化合物的金属属性和较陶瓷材料高的可塑性来改善复合材料的塑性和韧性。但稀土金属间化合物的高密度(见表)制约了制备高比例增强相轻质复合材料。因此，本发明利用轻质Al2Ca金属间化合物作为增强体材料，在保留金属间化合物增强体特性的同时，弥补稀土金属间化合物的不足。从附表可以看到，Al2Ca的密度不仅远低于稀土金属间化合物密度，也低于常用陶瓷Al2O3、SiC、B4C、Si3N4增强材料密度。对基体合金而言，Al2Ca的密度低于铝合金，略高于镁合金。因此，利用Al2Ca金属间化合物作为增强体制备高比例增强相轻质复合材料具有特有的优势。
增强体材料的主要性能表
另外，Al2Ca与同系的其他AlnCam金属间化合物相比(见附图)，Al2Ca具有较高的熔点(1086℃)，可采用低成本的铸造法或压力浸渗法制备金属基复合材料；所具有的较高模量也使其在材料强化效果方面具有明显的优势。
发明内容
本发明目的在于提供一种新型轻质的Al2Ca金属间化合物颗粒增强金属基复合材料，以便更有效地满足航空、航天、汽车等军、民工业对超轻金属基复合材料的需求。本发明所制备的金属基复合材料与稀土金属间化合物颗粒增强金属基复合材料相比，在增强体体积分数相同情况下，其密度可降低5～35％；该类金属基复合材料具有高强度的同时，仍保证具有较好的塑性及韧性。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：所述的颗粒增强体为Al2Ca金属间化合物，其占总体积百分比为5～60％，余量为基体合金；所述的Al2Ca增强体颗粒粒径为0.1～5μm，其熔点高于1000℃、模量高于100GPa；所述的金属基体可以是超轻镁锂合金、镁合金或铝合金中的一种或多种。
本发明具有以下优点：一、将密度比现有增强颗粒材料更低的Al2Ca作为增强体，可制备具有高比例增强体的轻质金属基复合材料，克服了现有金属基复合材料因添加过多颗粒增强体而引起密度急剧增加的问题。二、Al2Ca金属间化合物所具有的金属学特性和适中的弹性模量，有利于改善增强相/基体合金界面状态，在提高基体合金强度的同时，保证金属基复合材料具有较好的塑性及韧性。
附图说明
附图为Al-Ca二元合金相图。
具体实施方式
本发明作为轻质金属间化合物颗粒增强金属基复合材料，主要制备方法可通过搅拌铸造法、压力浸渗法、粉末冶金法等。在以下实施例中，仅以搅拌铸造法和真空压力浸渗法制备复合材料进行说明。
实施例1：
铸造法制备25vol％Al2Ca金属间化合物颗粒增强Mg-14Li-Al基复合材料，制备工艺如下：
1、按照Ca含量为42.6wt％，余量为纯Al配比Al2Ca合金原料，在900～1150℃温度下熔铸Al2Ca金属间化合物块体材料。采用机械粉碎和高能球磨法制备Al2Ca金属间化合物颗粒；
2、取Al2Ca金属间化合物颗粒与镁或铝金属粉混合制成混合粉，以解决颗粒团聚问题，并用压机冷压预制成块；
3、将Mg-Li-Al基体合金加热熔化后加入复合粉末块。熔铸工艺如下：605℃加入颗粒增强体块，保温10分钟后降温至580℃，在半凝固态下机械搅拌20min后，使增强颗粒分布均匀，然后将温度升高至630℃进行浇铸以获得25vol％Al2Ca/Mg-14Li-Al复合材料铸锭。熔炼过程采用氩气保护。
复合材料组织和性能测试结果表明，Al2Ca颗粒可均匀分布于基体合金，且与基体合金可形成良好的界面结合状态。复合材料的密度约为1.68g/cm3，其室温拉伸强度由基体合金的120MPa提高到230MPa，强度值增加约一倍，延伸率保持在18％。经后续加工处理，复合材料的塑性可得到较大提升。
实施例2：
真空压力浸渗法制备45vol％Al2Ca金属间化合物颗粒增强Mg-14Li-Al基复合材料，制备工艺如下：
1、制备Al2Ca金属间化合物颗粒工艺同实施例1。
2、将粘结剂与Al2Ca金属间化合物颗粒混合搅拌均匀，制得混合浆料；将得到的浆料装入纯钢模具内，在250℃条件下干燥3h后，在850℃煅烧1h，得到增强体体积分数为45％的Al2Ca多孔预制体。
3、将待熔化基体合金Mg-14Li-Al合金放入装有预制体的模具中，将模具放入真空加热装置，密封后抽真空至1kPa以下，缓慢升温至预定温度650℃，保温15min后，以氩气作为压力源，加压到0.5MPa，保压20min后随炉冷却，获得45vol％Al2Ca金属间化合物颗粒增强Mg-14Li-Al基复合材料。
复合材料组织和性能测试结果表明，合金液对Al2Ca颗粒多孔预制体完全渗透，复合材料组织致密，Al2Ca颗粒分布均匀且与基体合金形成了良好的界面结合。复合材料的的密度约为1.76g/cm3，其室温拉伸强度提高到300MPa以上，延伸率保持在10％。

Claims (4)

1.本发明所述轻质金属间化合物颗粒增强金属基复合材料，其由增强体和基体合金组成，其增强体占总体积百分比为5～60％，余量为基体合金。
2.根据权利要求1所述的轻质金属间化合物颗粒增强金属基复合材料，其特征在于：颗粒增强体为Al2Ca金属间化合物。
3.根据权利要求1所述的轻质金属间化合物颗粒增强金属基复合材料，其特征在于：所述的金属基体为超轻镁锂合金、镁合金或铝合金中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的Al2Ca金属间化合物增强体，其特征在于：所述的Al2Ca增强体颗粒粒径在0.1～5μm，其熔点高于1000℃、模量高于100GPa。
CN201510011914.2A 2015-01-09 2015-01-09 一种轻质金属间化合物颗粒增强金属基复合材料 Pending CN104532099A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510011914.2A CN104532099A (zh) 2015-01-09 2015-01-09 一种轻质金属间化合物颗粒增强金属基复合材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510011914.2A CN104532099A (zh) 2015-01-09 2015-01-09 一种轻质金属间化合物颗粒增强金属基复合材料

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104532099A true CN104532099A (zh) 2015-04-22

Family

ID=52847716

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510011914.2A Pending CN104532099A (zh) 2015-01-09 2015-01-09 一种轻质金属间化合物颗粒增强金属基复合材料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104532099A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105695770A (zh) * 2016-01-28 2016-06-22 大连理工大学 一种原位制备Al2X颗粒增强镁基复合材料的方法
CN106947901A (zh) * 2017-04-28 2017-07-14 苏州轻金三维科技有限公司 一种高强度高弹性模量镁锂基复合材料及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101538672A (zh) * 2009-04-27 2009-09-23 北京航空航天大学 一种金属间化合物超细颗粒增强金属基复合材料
JP4467641B2 (ja) * 2008-03-11 2010-05-26 トピー工業株式会社 Ａｌ２Ｃａ含有マグネシウム基複合材料
CN102000808A (zh) * 2010-12-15 2011-04-06 重庆研镁科技有限公司 镁合金晶粒细化剂与晶粒细化型镁合金及其制备方法
CN102912159A (zh) * 2012-10-25 2013-02-06 北京航空航天大学 一种金属间化合物超细颗粒增强金属基复合材料及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4467641B2 (ja) * 2008-03-11 2010-05-26 トピー工業株式会社 Ａｌ２Ｃａ含有マグネシウム基複合材料
CN101970703A (zh) * 2008-03-11 2011-02-09 都美工业株式会社 含Al2Ca的镁基复合材料
CN101538672A (zh) * 2009-04-27 2009-09-23 北京航空航天大学 一种金属间化合物超细颗粒增强金属基复合材料
CN102000808A (zh) * 2010-12-15 2011-04-06 重庆研镁科技有限公司 镁合金晶粒细化剂与晶粒细化型镁合金及其制备方法
CN102912159A (zh) * 2012-10-25 2013-02-06 北京航空航天大学 一种金属间化合物超细颗粒增强金属基复合材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
冯小明 等: "《金属基复合材料的制造方法》", 《复合材料》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105695770A (zh) * 2016-01-28 2016-06-22 大连理工大学 一种原位制备Al2X颗粒增强镁基复合材料的方法
CN105695770B (zh) * 2016-01-28 2017-07-11 大连理工大学 一种原位制备Al2X颗粒增强镁基复合材料的方法
CN106947901A (zh) * 2017-04-28 2017-07-14 苏州轻金三维科技有限公司 一种高强度高弹性模量镁锂基复合材料及其制备方法
CN106947901B (zh) * 2017-04-28 2019-05-10 苏州轻金三维科技有限公司 一种高强度高弹性模量镁锂基复合材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104848748B (zh) 一种轻质装甲防弹板及其制备方法
US9869006B2 (en) Intermetallic compound ultrafine particle reinforced metal-based composite material and preparation method thereof
CN102337423B (zh) 一种陶瓷粉末增强锌铝合金基复合材料的制备方法
CN106812837B (zh) 一种铝基复合材料刹车制动盘及制备方法
CN105624451B (zh) 一种高强高韧闭孔泡沫铝及其制备方法
CN103343274B (zh) 高导热金刚石颗粒混杂增强石墨铝复合材料及其制备工艺
CN102676883B (zh) 一种碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法
CN104588617A (zh) 一步制备金属基轻质复合材料的方法
Sankaranarayanan et al. Effect of individual and combined addition of micro/nano-sized metallic elements on the microstructure and mechanical properties of pure Mg
CN102181753B (zh) 一种硅与碳化硅混杂增强的铝基复合材料及其制备方法
CN101538672B (zh) 一种金属间化合物超细颗粒增强金属基复合材料
CN103710554B (zh) 一种用真空压力浸渗法制备Ti2AlNb合金的方法
CN110423914B (zh) 一种稀土镁合金复合材料的制备方法
CN108998699B (zh) 一种铝锂基复合材料粉末及其制备方法和应用
Bommana et al. Effect of 6 Wt.% particle (B4C+ SiC) reinforcement on mechanical properties of AA6061 aluminum hybrid MMC
CN108677051B (zh) 利用回收的SiCp/Al复合材料制备团簇型铝基复合材料的方法
CN104532099A (zh) 一种轻质金属间化合物颗粒增强金属基复合材料
CN102560204B (zh) 硅铝双连续复合材料及其制备方法
CN100491566C (zh) 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
WO2014207776A1 (en) Method for producing aluminum matrix composites through pressureless infiltration
CN101555575B (zh) 一种钛铝金属间化合物-碳纳米管复合材料的制备及产物
Kumar et al. A review on properties of Al-B4C composite of different routes
CN111676384B (zh) 一种增强镁基复合材料及其制备方法
CN110117730A (zh) 一种微米级Al3Ti和Mg2Si增强镁基复合材料及其制备方法
Costa et al. Properties of AA6061 aluminum alloy reinforced with different intermetallics and ceramics particles

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20150422

RJ01 Rejection of invention patent application after publication