CN107812919A - 陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法 - Google Patents

陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法，属于结构材料制备领域。将陶瓷球与水玻璃以一定配比混合均匀，放入陶瓷管模具中制成坯体，坯体在烘箱中干燥一定时间，制备出一定强度的陶瓷球预制坯体。将得到的陶瓷球预制体放入液压机模具中，随后将熔炼得到的熔融镁合金浇注入液压机模具中，压头加压并保压一定时间，既得陶瓷球增强镁基复合材料。本发明的主要内容为克服现有技术存在的不足，从而提供一种能够使陶瓷球分散均匀，无界面反应发生，且流程简单，操作方便的制备方法，在工业生产中有更好的应用。

Description

陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及结构材料制备领域，特别涉及一种陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法。
背景技术
镁基复合材料由于增强相的加入，综合了基体与增强相良好的性能，具有高硬度、高弹性模量、优良的耐热性和化学稳定性，在航天航空、汽车工业、核工业以及其他工程方面得到了实际应用。与此同时，随着技术的发展与进步，镁合金的价格下降，而且镁基复合材料的重加工，回收性能好，具有较好的耐磨性、耐高温性等特点。这些优点使镁基复合材料成为很多研究人员密切关注的对象。
一直以来制备镁基复合材料主要方法为搅拌铸造法。搅拌铸造法存在搅拌时操作复杂，时间较长而且在搅拌的过程中容易出现陶瓷球的偏聚问题、陶瓷球在液体中分布的均匀性问题、界面反应问题等。另外，非真空搅拌铸造时，在搅拌的过程中容易引入气体，致使产品内部产生气孔。同时，利用这种方法制取镁基复合材料时，增强相的体积分数会受到限制。因此开发工艺简单、操作方便、陶瓷球分布均匀，无界面反应以及较大增强相体积分数镁基复合材料的制备方法成为亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明制备方法简单，操作方便，能够使陶瓷球分散均匀，无界面反应发生，且流程简单，操作方便，能够在工业生产中有更好的应用。本发明将陶瓷球与水玻璃以一定配比混合均匀，放入陶瓷管模具中制成坯体，坯体在烘箱中干燥一定时间，制备出一定强度的陶瓷球预制坯体。将得到的陶瓷球预制体放入液压机模具中，随后将熔炼得到的熔融镁合金浇注入液压机模具中，压头加压并保压一定时间，既得陶瓷球增强镁基复合材料。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1）将陶瓷球与水玻璃按一定配比混合均匀，放入陶瓷管模具中制成坯体，坯体在烘箱中150～200℃的温度下干燥1.5～2h，制备出陶瓷球预制坯体；
步骤2）将镁合金在通入氩气的熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为650～750℃，获得熔融镁合金；
步骤3）将步骤1）得到的陶瓷球预制坯体放入液压机模具中，然后将步骤2）得到的熔融镁合金浇注入液压机模具中，压头加压并保压一定时间，既得陶瓷球增强镁基复合材料。
步骤1）所述的陶瓷球为Al2O3、SiO2、SiC。
步骤1）所述的陶瓷球粒的径为0.5mm～4mm。
步骤1）所述的水玻璃为市售水玻璃与蒸馏水按体积比1.5:1混合而得。
步骤1）所述的陶瓷球与水玻璃按一定配比是：陶瓷球与水玻璃的质量比为10:1。
步骤1）所述的陶瓷管模具的规格与液压机模具规格相统一。
步骤2）所述的镁合金为Mg、Mg-Al系列、Mg-Re、Mg-Al-Re系列。
步骤3）所述的压头加压并保压一定时间是：压头加压压强为20～30MPa，保压时间为5～10s。
本发明的有益效果在于：
1）本发明采用陶瓷球预制坯体的制备工艺，解决了陶瓷球与熔融镁合金湿润性差的问题，并且使制得的陶瓷球增强镁基复合材料中陶瓷球分布均匀，无界面反应发生。
2）本发明工艺简单，操作方便，更适合生产应用。实用性强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的实施例1所得的陶瓷颗粒增强镁基复合材料的表面宏观分布图。表明陶瓷球分布均匀。
图2为本发明的实施例1所得的陶瓷颗粒增强镁基复合材料表面SEM图。表明制备过程中无界面反应发生。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1及图2所示，本发明的陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1）将陶瓷球与水玻璃按一定配比混合均匀，放入陶瓷管模具中制成坯体，坯体在烘箱中150～200℃的温度下干燥1.5～2h，制备出一定强度的陶瓷球预制坯体；
步骤2）将镁合金在通入氩气的熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为650～750℃，获得熔融镁合金；
步骤3）将步骤1）得到的陶瓷球预制坯体放入液压机模具中，然后将步骤2）得到的熔融镁合金浇注入液压机模具中，压头加压并保压一定时间，既得陶瓷球增强镁基复合材料。
步骤1）所述的陶瓷球为Al2O3、SiO2、SiC。
步骤1）所述的陶瓷球粒的径为0.5mm～4mm。
步骤1）所述的水玻璃为市售水玻璃与蒸馏水按体积比1.5:1混合而得。
步骤1）所述的陶瓷球与水玻璃按一定配比是：陶瓷球与水玻璃的质量比为10:1。
步骤1）所述的陶瓷管模具的规格与液压机模具规格相统一。
步骤2）所述的镁合金为Mg、Mg-Al系列、Mg-Re、Mg-Al-Re系列。
步骤3）所述的压头加压并保压一定时间是：压头加压压强为20～30MPa，保压时间为5～10s。
实施例1：镁基体为Mg
步骤1）将陶瓷球与水玻璃以质量比为10:1的比例混合均匀，放入陶瓷管模具中制成坯体，坯体在烘箱中200℃的温度下干燥1.5h，制备出一定强度的陶瓷球预制坯体；
步骤2）将铸态Mg锭在通入氩气的熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为680℃，获得熔融镁；
步骤3）将步骤1）得到的陶瓷球预制体放入液压机模具中，随后将步骤2）得到的熔融镁浇注入液压机模具中，压头加压为30MPa并保压5s，既得所述陶瓷球增强镁基复合材料。如图1所示，陶瓷球分布均匀。
实施例2：镁基体为AZ91D镁合金
步骤1）将陶瓷球与水玻璃以质量比为10:1的比例混合均匀，放入陶瓷管模具中制成坯体，坯体在烘箱中150℃的温度下干燥2h，制备出一定强度的陶瓷球预制坯体；
步骤2）将铸态AZ91D镁锭在通入氩气的熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为700℃，获得熔融镁合金；
步骤3）将步骤1）得到的陶瓷球预制体放入液压机模具中，随后将步骤2）得到的熔融镁合金浇注入液压机模具中，压头加压为25MPa并保压8s，既得所述陶瓷球增强镁基复合材料。如图2所示，制备过程中无界面反应发生。
实施例3：镁基体为AM60镁合金
步骤1）将陶瓷球与水玻璃以质量比为10:1的比例混合均匀，放入陶瓷管模具中制成坯体，坯体在烘箱中200℃的温度下干燥1.5h，制备出一定强度的陶瓷球预制坯体；
步骤2）将铸态AM60镁锭在通入氩气的熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为650℃，获得熔融镁合金；
步骤3）将步骤1）得到的陶瓷球预制体放入液压机模具中，随后将步骤2）得到的熔融镁合金浇注入液压机模具中，压头加压为20MPa并保压10s，既得所述陶瓷球增强镁基复合材料，陶瓷球分布均匀，无界面反应发生。
实施例4：镁基体为Mg-0.5Y镁合金
步骤1）将陶瓷球与水玻璃以质量比为10:1的比例混合均匀，放入陶瓷管模具中制成坯体，坯体在烘箱中150℃的温度下干燥2h，制备出一定强度的陶瓷球预制坯体；
步骤2）将铸镁锭在通入氩气的熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为700℃，镁锭完全熔融之后加入稀土Y，保持温度不变，搅拌三次，每次间隔时间为20分钟，获得熔融镁合金；
步骤3）将步骤1）得到的陶瓷球预制体放入液压机模具中，随后将步骤2）得到的熔融镁合金浇注入液压机模具中，压头加压为20MPa并保压10s，既得所述陶瓷球增强镁基复合材料，陶瓷球分布均匀，无界面反应发生。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1）将陶瓷球与水玻璃按一定配比混合均匀，放入陶瓷管模具中制成坯体，坯体在烘箱中150～200℃的温度下干燥1.5～2h，制备出陶瓷球预制坯体；
步骤2）将镁合金在通入氩气的熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为650～750℃，获得熔融镁合金；
步骤3）将步骤1）得到的陶瓷球预制坯体放入液压机模具中，然后将步骤2）得到的熔融镁合金浇注入液压机模具中，压头加压并保压一定时间，既得陶瓷球增强镁基复合材料。
2.根据权利要求1所述的陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的陶瓷球为Al2O3、SiO2、SiC。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的陶瓷球粒的径为0.5mm～4mm。
4.根据权利要求1所述的陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的水玻璃为市售水玻璃与蒸馏水按体积比1.5:1混合而得。
5.根据权利要求1所述的陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的陶瓷球与水玻璃按一定配比是：陶瓷球与水玻璃的质量比为10:1。
6.根据权利要求1所述的陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的陶瓷管模具的规格与液压机模具规格相统一。
7.根据权利要求1所述的陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2）所述的镁合金为Mg、Mg-Al系列、Mg-Re、Mg-Al-Re系列。
8.根据权利要求1所述的陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3）所述的压头加压并保压一定时间是：压头加压压强为20～30MPa，保压时间为5～10s。
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