CN106493358B - 一种镁基复合材料、制备系统及方法 - Google Patents

一种镁基复合材料、制备系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镁基复合材料、制备系统及方法，以质量百分比计，该复合材料是由以下组分制成的：硫化锌6～10％，氧化铅6～10％，氮化硅5～8％，氧化锆3～5％，氧化铝3～4％，氧化锡3～4％，五氧化二钒1～2％，余量为镁粉。本发明以镁为主，另外添加了硫化锌、氧化铅、氮化硅、氧化锆、氧化铝、氧化锡和五氧化二钒等成分，将各组分混匀烘干后，压制成型得到坯材，然后将坯材进行预处理，最后烧结得到镁基复合材料，所得复合材料经1100℃‑水冷的抗热震性，试样可以经受20次的试验不出现裂纹，说明具有较佳的抗热震性；另外，经耐摩擦性能测试，其具有良好的耐磨擦性。

Description

一种镁基复合材料、制备系统及方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料，具体涉及一种镁基复合材料、制备系统及方法。属于冶金复合材料技术领域。
背景技术
镁是轻金属之一，具有银白色光泽，略有延展性。虽然纯镁的强度小，但是镁合金是良好的轻型结构材料，在空间技术、航空、汽车和仪表灯工业部门等中广泛应用。镁具有比强度和比刚度高、阻尼性和切削性好、易于回收等优点。国内外将镁合金应用于汽车行业，以减重、节能、降低污染，改善环境。
与塑料相比，镁合金具有重量轻、比强度高、减振性好、热疲劳性能好、不易老化，又有良好的导热性、电磁屏蔽能力强、非常好的压铸工艺性能，尤其易于回收等优点，是替代钢铁、铝合金和工程塑料的新一代高性能结构材料。
为适应电子、通讯器件高度集成化和轻薄小型化的发展趋势，镁合金是交通、电子信息、通讯、计算机、声像器材、手提工具、电机、林业、纺织、核动力装置等产品外壳的理想材料。发达国家非常重视镁合金开发与应用，尤其在汽车零部件、笔记本电脑等便携电子产品的应用，每年以20％的速度增长，非常引人注目，发展趋势惊人。
但是，现有的镁基材料抗热震性能和耐摩擦性能并不理想，限制了其在高精尖领域的应用和发展。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种镁基复合材料。
本发明还提供了该种镁基复合材料的制备系统及方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种镁基复合材料，以质量百分比计，是由以下组分制成的：硫化锌6～10％，氧化铅6～10％，氮化硅5～8％，氧化锆3～5％，氧化铝3～4％，氧化锡3～4％，五氧化二钒1～2％，余量为镁粉。
优选的，是由以下组分制成的：硫化锌7～9％，氧化铅7～9％，氮化硅6～7％，氧化锆3～4％，氧化铝3～4％，氧化锡3～4％，五氧化二钒1～2％，余量为镁粉。
进一步优选的，是由以下组分制成的：硫化锌8％，氧化铅9％，氮化硅6％，氧化锆4％，氧化铝3％，氧化锡3％，五氧化二钒1％，余量为镁粉。
上述的一种镁基复合材料的制备系统，包括依次连接的混料装置、第一烘干装置、压制成型装置、预处理装置和烧结炉；所述预处理装置包括依次连接的真空热处理炉、浸渍槽、清洗池和第二烘干装置。
优选的，所述的混料装置、第一烘干装置、压制成型装置、预处理装置和烧结炉，相邻的装置之间分别设有传送物料的传料带。
优选的，所述混料装置为混料机。
优选的，所述第一烘干装置和第二烘干装置分别为第一真空干燥箱和第二真空干燥箱。
优选的，所述压制成型装置为粉末成型机。
优选的，所述浸渍槽中盛有丙酮。
优选的，所述清洗池的上方设有喷淋去离子水的若干个喷淋头。
上述的一种镁基复合材料的制备方法，包括步骤：
(1)将配方量的各组分混合均匀，并进行烘干处理；
(2)将烘干处理后的物料送入压制成型装置，在800～900MPa的压力下压制成型，得坯材；
(3)将坯材转移至真空热处理炉，在2～3Pa条件下，500～600℃加热15～20分钟，停止加热，冷却至25℃，然后送入浸渍槽内利用丙酮浸泡2小时，转移至清洗池中用去离子水淋洗，晾干，之后烘干处理；
(4)转移至烧结炉，在2～3MPa条件下，800～1000℃烧结1～2小时，之后冷却至25℃，即得。
本发明的有益效果：
本发明以镁为主，另外添加了硫化锌、氧化铅、氮化硅、氧化锆、氧化铝、氧化锡和五氧化二钒等成分，将各组分混匀烘干后，压制成型得到坯材，然后将坯材进行预处理，最后烧结得到镁基复合材料，所得复合材料经1100℃-水冷的抗热震性，试样可以经受20次的试验不出现裂纹，说明具有较佳的抗热震性；另外，经耐摩擦性能测试，其具有良好的耐磨擦性。
本发明的制备系统结构简单，可实现连续生产，大大提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明的制备系统结构示意图；
其中，1为混料装置，2为第一烘干装置，3为压制成型装置，4为预处理装置，5为烧结炉，41为真空热处理炉，42为浸渍槽，43为清洗池，44为第二烘干装置，45为喷淋头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
一种镁基复合材料，以质量百分比计，是由以下组分制成的：硫化锌6％，氧化铅6％，氮化硅5％，氧化锆3％，氧化铝3％，氧化锡3％，五氧化二钒1％，余量为镁粉。
如图1所示，上述的一种镁基复合材料的制备系统，包括依次连接的混料装置1、第一烘干装置2、压制成型装置3、预处理装置4和烧结炉5；预处理装置4包括依次连接的真空热处理炉41、浸渍槽42、清洗池43和第二烘干装置44。
所述的混料装置1、第一烘干装置2、压制成型装置3、预处理装置4和烧结炉5，相邻的装置之间分别设有传送物料的传料带。混料装置1为混料机。第一烘干装置2和第二烘干装置44分别为第一真空干燥箱和第二真空干燥箱。压制成型装置3为粉末成型机。浸渍槽42中盛有丙酮。清洗池43的上方设有喷淋去离子水的若干个喷淋头45。
上述的一种镁基复合材料的制备方法，包括步骤：
(1)将配方量的各组分混合均匀，并进行烘干处理；
(2)将烘干处理后的物料送入压制成型装置3，在800MPa的压力下压制成型，得坯材；
(3)将坯材转移至真空热处理炉41，在2Pa条件下，500℃加热15分钟，停止加热，冷却至25℃，然后送入浸渍槽42内利用丙酮浸泡2小时，转移至清洗池43中用去离子水淋洗，晾干，之后烘干处理；
(4)转移至烧结炉5，在2MPa条件下，800℃烧结1小时，之后冷却至25℃，即得。
实施例2：
一种镁基复合材料，以质量百分比计，是由以下组分制成的：硫化锌10％，氧化铅10％，氮化硅8％，氧化锆5％，氧化铝4％，氧化锡4％，五氧化二钒2％，余量为镁粉。
如图1所示，上述的一种镁基复合材料的制备系统，包括依次连接的混料装置1、第一烘干装置2、压制成型装置3、预处理装置4和烧结炉5；预处理装置4包括依次连接的真空热处理炉41、浸渍槽42、清洗池43和第二烘干装置44。
所述的混料装置1、第一烘干装置2、压制成型装置3、预处理装置4和烧结炉5，相邻的装置之间分别设有传送物料的传料带。混料装置1为混料机。第一烘干装置2和第二烘干装置44分别为第一真空干燥箱和第二真空干燥箱。压制成型装置3为粉末成型机。浸渍槽42中盛有丙酮。清洗池43的上方设有喷淋去离子水的若干个喷淋头45。
上述的一种镁基复合材料的制备方法，包括步骤：
(1)将配方量的各组分混合均匀，并进行烘干处理；
(2)将烘干处理后的物料送入压制成型装置3，在900MPa的压力下压制成型，得坯材；
(3)将坯材转移至真空热处理炉41，在3Pa条件下，600℃加热20分钟，停止加热，冷却至25℃，然后送入浸渍槽42内利用丙酮浸泡2小时，转移至清洗池43中用去离子水淋洗，晾干，之后烘干处理；
(4)转移至烧结炉5，在3MPa条件下，1000℃烧结2小时，之后冷却至25℃，即得。
实施例3：
一种镁基复合材料，以质量百分比计，是由以下组分制成的：硫化锌7％，氧化铅7％，氮化硅6％，氧化锆3％，氧化铝3％，氧化锡3％，五氧化二钒1％，余量为镁粉。
如图1所示，上述的一种镁基复合材料的制备系统，包括依次连接的混料装置1、第一烘干装置2、压制成型装置3、预处理装置4和烧结炉5；预处理装置4包括依次连接的真空热处理炉41、浸渍槽42、清洗池43和第二烘干装置44。
所述的混料装置1、第一烘干装置2、压制成型装置3、预处理装置4和烧结炉5，相邻的装置之间分别设有传送物料的传料带。混料装置1为混料机。第一烘干装置2和第二烘干装置44分别为第一真空干燥箱和第二真空干燥箱。压制成型装置3为粉末成型机。浸渍槽42中盛有丙酮。清洗池43的上方设有喷淋去离子水的若干个喷淋头45。
上述的一种镁基复合材料的制备方法，包括步骤：
(1)将配方量的各组分混合均匀，并进行烘干处理；
(2)将烘干处理后的物料送入压制成型装置3，在800MPa的压力下压制成型，得坯材；
(3)将坯材转移至真空热处理炉41，在2Pa条件下，500℃加热15分钟，停止加热，冷却至25℃，然后送入浸渍槽42内利用丙酮浸泡2小时，转移至清洗池43中用去离子水淋洗，晾干，之后烘干处理；
(4)转移至烧结炉5，在2MPa条件下，800℃烧结1小时，之后冷却至25℃，即得。
实施例4：
一种镁基复合材料，以质量百分比计，是由以下组分制成的：硫化锌9％，氧化铅9％，氮化硅7％，氧化锆4％，氧化铝4％，氧化锡4％，五氧化二钒2％，余量为镁粉。
如图1所示，上述的一种镁基复合材料的制备系统，包括依次连接的混料装置1、第一烘干装置2、压制成型装置3、预处理装置4和烧结炉5；预处理装置4包括依次连接的真空热处理炉41、浸渍槽42、清洗池43和第二烘干装置44。
所述的混料装置1、第一烘干装置2、压制成型装置3、预处理装置4和烧结炉5，相邻的装置之间分别设有传送物料的传料带。混料装置1为混料机。第一烘干装置2和第二烘干装置44分别为第一真空干燥箱和第二真空干燥箱。压制成型装置3为粉末成型机。浸渍槽42中盛有丙酮。清洗池43的上方设有喷淋去离子水的若干个喷淋头45。
上述的一种镁基复合材料的制备方法，包括步骤：
(1)将配方量的各组分混合均匀，并进行烘干处理；
(2)将烘干处理后的物料送入压制成型装置3，在900MPa的压力下压制成型，得坯材；
(3)将坯材转移至真空热处理炉41，在3Pa条件下，600℃加热20分钟，停止加热，冷却至25℃，然后送入浸渍槽42内利用丙酮浸泡2小时，转移至清洗池43中用去离子水淋洗，晾干，之后烘干处理；
(4)转移至烧结炉5，在3MPa条件下，1000℃烧结2小时，之后冷却至25℃，即得。
实施例5：
一种镁基复合材料，以质量百分比计，是由以下组分制成的：硫化锌8％，氧化铅9％，氮化硅6％，氧化锆4％，氧化铝3％，氧化锡3％，五氧化二钒1％，余量为镁粉。
如图1所示，上述的一种镁基复合材料的制备系统，包括依次连接的混料装置1、第一烘干装置2、压制成型装置3、预处理装置4和烧结炉5；预处理装置4包括依次连接的真空热处理炉41、浸渍槽42、清洗池43和第二烘干装置44。
所述的混料装置1、第一烘干装置2、压制成型装置3、预处理装置4和烧结炉5，相邻的装置之间分别设有传送物料的传料带。混料装置1为混料机。第一烘干装置2和第二烘干装置44分别为第一真空干燥箱和第二真空干燥箱。压制成型装置3为粉末成型机。浸渍槽42中盛有丙酮。清洗池43的上方设有喷淋去离子水的若干个喷淋头45。
上述的一种镁基复合材料的制备方法，包括步骤：
(1)将配方量的各组分混合均匀，并进行烘干处理；
(2)将烘干处理后的物料送入压制成型装置3，在850MPa的压力下压制成型，得坯材；
(3)将坯材转移至真空热处理炉41，在2Pa条件下，550℃加热20分钟，停止加热，冷却至25℃，然后送入浸渍槽42内利用丙酮浸泡2小时，转移至清洗池43中用去离子水淋洗，晾干，之后烘干处理；
(4)转移至烧结炉5，在3MPa条件下，900℃烧结2小时，之后冷却至25℃，即得。
试验例
抗热震性：将实施例1～5的镁基复合材料按照按YB/T376.1检测1100℃-水冷的抗热震性，试样可以经受20次的试验不出现裂纹，说明具有较佳的抗热震性。
耐磨擦性能：将实施例1～5的镁基复合材料分别放在MMW-1型磨擦磨损试验机上，干磨擦旋转运动，采用小指推圈磨擦副试验方法，对偶材料为45钢淬火钢环，硬度为50HRC，主轴转速为250r/min，载荷为40N，时间为10分钟。测试结果见表1。
表1.耐摩擦性能测试结果
摩擦力(N) 摩擦系数
实施例1 82.3 0.52
实施例2 82.1 0.51
实施例3 83.5 0.55
实施例4 83.8 0.56
实施例5 84.5 0.62
从表1可以看出，本发明的镁基复合材料摩擦力在82N以上，摩擦系数在0.5以上，具有良好的耐摩擦性能。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种镁基复合材料，其特征在于，以质量百分比计，是由以下组分制成的：硫化锌6～10%，氧化铅6～10%，氮化硅5～8%，氧化锆3～5%，氧化铝3～4%，氧化锡3～4%，五氧化二钒1～2%，余量为镁粉；
其制备方法，包括步骤：
（1）将配方量的各组分混合均匀，并进行烘干处理；
（2）将烘干处理后的物料送入压制成型装置，在800～900MPa的压力下压制成型，得坯材；
（3）将坯材转移至真空热处理炉，在2～3Pa条件下，500～600℃加热15～20分钟，停止加热，冷却至25℃，然后送入浸渍槽内利用丙酮浸泡2小时，转移至清洗池中用去离子水淋洗，晾干，之后烘干处理；
（4）转移至烧结炉，在2～3MPa条件下，800～1000℃烧结1～2小时，之后冷却至25℃，即得。
2.根据权利要求1所述的一种镁基复合材料，其特征在于，是由以下组分制成的：硫化锌7～9%，氧化铅7～9%，氮化硅6～7%，氧化锆3～4%，氧化铝3～4%，氧化锡3～4%，五氧化二钒1～2%，余量为镁粉；
其制备方法，包括步骤：
（1）将配方量的各组分混合均匀，并进行烘干处理；
（2）将烘干处理后的物料送入压制成型装置，在800～900MPa的压力下压制成型，得坯材；
（3）将坯材转移至真空热处理炉，在2～3Pa条件下，500～600℃加热15～20分钟，停止加热，冷却至25℃，然后送入浸渍槽内利用丙酮浸泡2小时，转移至清洗池中用去离子水淋洗，晾干，之后烘干处理；
（4）转移至烧结炉，在2～3MPa条件下，800～1000℃烧结1～2小时，之后冷却至25℃，即得。
3.根据权利要求1所述的一种镁基复合材料，其特征在于，是由以下组分制成的：硫化锌8%，氧化铅9%，氮化硅6%，氧化锆4%，氧化铝3%，氧化锡3%，五氧化二钒1%，余量为镁粉；
其制备方法，包括步骤：
（1）将配方量的各组分混合均匀，并进行烘干处理；
（2）将烘干处理后的物料送入压制成型装置，在800～900MPa的压力下压制成型，得坯材；
（3）将坯材转移至真空热处理炉，在2～3Pa条件下，500～600℃加热15～20分钟，停止加热，冷却至25℃，然后送入浸渍槽内利用丙酮浸泡2小时，转移至清洗池中用去离子水淋洗，晾干，之后烘干处理；
（4）转移至烧结炉，在2～3MPa条件下，800～1000℃烧结1～2小时，之后冷却至25℃，即得。
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