CN108546841A - 一种无压浸渗制备镁铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无压浸渗制备镁铝合金的方法,方法包括如下步骤:提供粉煤灰颗粒;对粉煤灰颗粒进行预处理;提供ZrB2颗粒、Ti粉以及Cu粉,其中ZrB2颗粒粒径为50‑100μm;Ti粉颗粒粒径为30‑40μm,Cu粉颗粒粒径为50‑100μm;球磨ZrB2颗粒、Ti粉以及Cu粉,得到第一混合粉末;混合第一混合粉末以及经过预处理的粉煤灰,得到第二混合粉末;对第二混合粉末进行冷等静压,得到第一混合物成型体;将第一混合物成型体放入石墨模具;将镁铝合金锭放置在第一混合物成型体上,得到待浸渗组合体;对待浸渗组合体进行浸渗热处理。由本发明的方法制备的镁铝合金抗拉强度高、抗弯强度高、表面硬度高。

Description

一种无压浸渗制备镁铝合金及其制备方法
技术领域
本发明属于镁铝合金技术领域,涉及一种无压浸渗制备镁铝合金及其制备方法。
背景技术
近些年,镁基复合材料成为继铝基复合材料之后又一具有竞争力的轻金属基复合材料,其主要特点是密度低、比强度和比刚度高,同时还具有良好地耐磨性、耐高温性、耐冲击性、优良的减震性能及良好的尺寸稳定性和铸造性能等特点;此外,它还具有良好的阻尼性能、电磁屏蔽性和储氢性能,是一类优秀的结构与功能材料,也是当今高新技术领域中最有希望采用的复合材料之一。镁基复合材料在航空航天、军工制造、汽车工业、电子封装等领域中具有巨大的应用前景。基于以上优点,陶瓷增强镁基复合材料就成为轻量化首选材料,另外,高陶瓷体积分数的高耐磨性轻质复合材料的应用需求也日益增加,其制备技术是国内外众多研究者们关注的热点,也是研究难点。
现有技术提出过无压浸渗方法制备的镁金属复合材料,但是这种复合材料制备方法存在以下缺陷:1、选用B4C作为增强颗粒,增强效果有限,由于该方法工艺和成分配比的限制,该方法不能使用其它效果更好的增强颗粒。2、使用单一的诱导金属颗粒,导致浸渗效果有限。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无压浸渗制备镁铝合金及其制备方法,从而克服现有技术的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种无压浸渗制备镁铝合金的方法,其特征在于:方法包括如下步骤:提供粉煤灰颗粒;对粉煤灰颗粒进行预处理;提供ZrB2颗粒、Ti粉以及Cu粉,其中ZrB2颗粒粒径为50-100μm;Ti粉颗粒粒径为30-40μm,Cu粉颗粒粒径为50-100μm;球磨ZrB2颗粒、Ti粉以及Cu粉,得到第一混合粉末;混合第一混合粉末以及经过预处理的粉煤灰,得到第二混合粉末;对第二混合粉末进行冷等静压,得到第一混合物成型体;将第一混合物成型体放入石墨模具;将镁铝合金锭放置在第一混合物成型体上,得到待浸渗组合体;对待浸渗组合体进行浸渗热处理。
优选地,上述技术方案中,其中,对粉煤灰颗粒进行预处理包括如下步骤:对粉煤灰颗粒进行球磨,使得粉煤灰颗粒的粒径为50-70μm;对球磨后的粉煤灰颗粒进行超声分散;将超声分散后的粉煤灰颗粒进行第一煅烧处理;将第一煅烧处理后的粉煤灰颗粒进行酸洗;对酸洗后的粉煤灰颗粒进行表面镀铜。
优选地,上述技术方案中,第一煅烧处理具体为:煅烧温度为800-900℃,升温速率为20-30℃/分钟,煅烧处理时间为4-6h。
优选地,上述技术方案中,表面镀铜的步骤具体为:将酸洗后的粉煤灰颗粒放入氢氧化铜悬浊液,得到混合悬浊液;对混合悬浊液进行机械搅拌;过滤机械搅拌后的混合悬浊液,得到粉煤灰/氢氧化铜混合物;对粉煤灰/氢氧化铜混合物进行第二煅烧,得到表面镀铜的粉煤灰颗粒。
优选地,上述技术方案中,其中,第二煅烧的工艺具体为:煅烧温度为500-600℃,煅烧时间为5-6h。
优选地,上述技术方案中,在第二混合粉末中,以重量百分比计,ZrB2颗粒占8-10份,Ti粉占60-80份,Cu粉占30-40份,粉煤灰颗粒占5-10份。
优选地,上述技术方案中,浸渗热处理工艺为:气压为0.01-0.03Pa,加热温度为800-900℃,升温速率为40-50℃/分钟,热处理时间为4-5h。
优选地,上述技术方案中,镁铝合金的牌号为AZ91D。
本发明还提供了一种无压浸渗制备镁铝合金,该无压浸渗制备镁铝合金是由上述方法制备的。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:1、本发明设计了新的浸渗工艺,并设计了复合引导金属颗粒,优化了浸渗过程,使得本发明能够浸渗增强效果更好的ZrB2颗粒。2、发明人发现由于ZrB2颗粒与Ti、Cu颗粒的交互增强作用,镁铝合金的强度能够进一步提高。3、通过增加经过特殊处理的粉煤灰,使得本发明的浸渗效果更好,增强效果更佳。
具体实施方式
下除非另有其它明确表示,否则在整个说明书和权利要求书中,术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分,而并未排除其它元件或其它组成部分。本申请的方法可以适用于任何镁铝合金,但是为了便于比较,本申请的实施例中使用的镁铝合金都是AZ91D。
实施例1
由如下方法制备无压浸渗制备镁铝合金:提供粉煤灰颗粒;对粉煤灰颗粒进行预处理;提供ZrB2颗粒、Ti粉以及Cu粉,其中ZrB2颗粒粒径为50μm;Ti粉颗粒粒径为30μm,Cu粉颗粒粒径为50μm;球磨ZrB2颗粒、Ti粉以及Cu粉,得到第一混合粉末;混合第一混合粉末以及经过预处理的粉煤灰,得到第二混合粉末;对第二混合粉末进行冷等静压,得到第一混合物成型体;将第一混合物成型体放入石墨模具;将镁铝合金锭放置在第一混合物成型体上,得到待浸渗组合体;对待浸渗组合体进行浸渗热处理。其中,对粉煤灰颗粒进行预处理包括如下步骤:对粉煤灰颗粒进行球磨,使得粉煤灰颗粒的粒径为50μm;对球磨后的粉煤灰颗粒进行超声分散;将超声分散后的粉煤灰颗粒进行第一煅烧处理;将第一煅烧处理后的粉煤灰颗粒进行酸洗;对酸洗后的粉煤灰颗粒进行表面镀铜。第一煅烧处理具体为:煅烧温度为800℃,升温速率为20℃/分钟,煅烧处理时间6h。表面镀铜的步骤具体为:将酸洗后的粉煤灰颗粒放入氢氧化铜悬浊液,得到混合悬浊液;对混合悬浊液进行机械搅拌;过滤机械搅拌后的混合悬浊液,得到粉煤灰/氢氧化铜混合物;对粉煤灰/氢氧化铜混合物进行第二煅烧,得到表面镀铜的粉煤灰颗粒。其中,第二煅烧的工艺具体为:煅烧温度为500℃,煅烧时间为6h。在第二混合粉末中,以重量百分比计,ZrB2颗粒占8份,Ti粉占60份,Cu粉占30份,粉煤灰颗粒占5份。浸渗热处理工艺为:气压为0.01Pa,加热温度为800℃,升温速率为40℃/分钟,热处理时间为5h。
实施例2
由如下方法制备无压浸渗制备镁铝合金:提供粉煤灰颗粒;对粉煤灰颗粒进行预处理;提供ZrB2颗粒、Ti粉以及Cu粉,其中ZrB2颗粒粒径为100μm;Ti粉颗粒粒径为40μm,Cu粉颗粒粒径为100μm;球磨ZrB2颗粒、Ti粉以及Cu粉,得到第一混合粉末;混合第一混合粉末以及经过预处理的粉煤灰,得到第二混合粉末;对第二混合粉末进行冷等静压,得到第一混合物成型体;将第一混合物成型体放入石墨模具;将镁铝合金锭放置在第一混合物成型体上,得到待浸渗组合体;对待浸渗组合体进行浸渗热处理。其中,对粉煤灰颗粒进行预处理包括如下步骤:对粉煤灰颗粒进行球磨,使得粉煤灰颗粒的粒径为70μm;对球磨后的粉煤灰颗粒进行超声分散;将超声分散后的粉煤灰颗粒进行第一煅烧处理;将第一煅烧处理后的粉煤灰颗粒进行酸洗;对酸洗后的粉煤灰颗粒进行表面镀铜。第一煅烧处理具体为:煅烧温度为900℃,升温速率为30℃/分钟,煅烧处理时间为4h。表面镀铜的步骤具体为:将酸洗后的粉煤灰颗粒放入氢氧化铜悬浊液,得到混合悬浊液;对混合悬浊液进行机械搅拌;过滤机械搅拌后的混合悬浊液,得到粉煤灰/氢氧化铜混合物;对粉煤灰/氢氧化铜混合物进行第二煅烧,得到表面镀铜的粉煤灰颗粒。其中,第二煅烧的工艺具体为:煅烧温度为600℃,煅烧时间为5h。在第二混合粉末中,以重量百分比计,ZrB2颗粒占10份,Ti粉占80份,Cu粉占40份,粉煤灰颗粒占10份。浸渗热处理工艺为:气压为0.03Pa,加热温度为900℃,升温速率为50℃/分钟,热处理时间为4h。
实施例3
由如下方法制备无压浸渗制备镁铝合金:提供粉煤灰颗粒;对粉煤灰颗粒进行预处理;提供ZrB2颗粒、Ti粉以及Cu粉,其中ZrB2颗粒粒径为50-100μm;Ti粉颗粒粒径为30-40μm,Cu粉颗粒粒径为50-100μm;球磨ZrB2颗粒、Ti粉以及Cu粉,得到第一混合粉末;混合第一混合粉末以及经过预处理的粉煤灰,得到第二混合粉末;对第二混合粉末进行冷等静压,得到第一混合物成型体;将第一混合物成型体放入石墨模具;将镁铝合金锭放置在第一混合物成型体上,得到待浸渗组合体;对待浸渗组合体进行浸渗热处理。其中,对粉煤灰颗粒进行预处理包括如下步骤:对粉煤灰颗粒进行球磨,使得粉煤灰颗粒的粒径为50-70μm;对球磨后的粉煤灰颗粒进行超声分散;将超声分散后的粉煤灰颗粒进行第一煅烧处理;将第一煅烧处理后的粉煤灰颗粒进行酸洗;对酸洗后的粉煤灰颗粒进行表面镀铜。第一煅烧处理具体为:煅烧温度为800-900℃,升温速率为20-30℃/分钟,煅烧处理时间为4-6h。表面镀铜的步骤具体为:将酸洗后的粉煤灰颗粒放入氢氧化铜悬浊液,得到混合悬浊液;对混合悬浊液进行机械搅拌;过滤机械搅拌后的混合悬浊液,得到粉煤灰/氢氧化铜混合物;对粉煤灰/氢氧化铜混合物进行第二煅烧,得到表面镀铜的粉煤灰颗粒。其中,第二煅烧的工艺具体为:煅烧温度为500-600℃,煅烧时间为5-6h。在第二混合粉末中,以重量百分比计,ZrB2颗粒占8-10份,Ti粉占60-80份,Cu粉占30-40份,粉煤灰颗粒占5-10份。浸渗热处理工艺为:气压为0.01-0.03Pa,加热温度为800-900℃,升温速率为40-50℃/分钟,热处理时间为4-5h。
实施例4
与实施例3不同的是:第一混合粉末中不含铜粉。
实施例5
与实施例3不同的是:ZrB2颗粒粒径为120μm;Ti粉颗粒粒径为50μm,Cu粉颗粒粒径为80μm。
实施例6
与实施例3不同的是:ZrB2颗粒粒径为80μm;Ti粉颗粒粒径为35μm,Cu粉颗粒粒径为120μm。
实施例7
与实施例3不同的是:不在第一混合粉末中混合经过预处理的粉煤灰,直接对第一混合粉末进行冷等静压。
实施例8
与实施例3不同的是:对粉煤灰颗粒进行球磨,使得粉煤灰颗粒的粒径为80μm。
实施例9
与实施例3不同的是:不对将超声分散后的粉煤灰颗粒进行第一煅烧处理。
实施例10
与实施例3不同的是:将超声分散后的粉煤灰颗粒进行第一煅烧处理;不对第一煅烧处理后的粉煤灰颗粒进行酸洗;而直接进行表面镀铜。
实施例11
与实施例3不同的是:不对酸洗后的粉煤灰颗粒进行表面镀铜。
实施例12
与实施例3不同的是:第一煅烧处理具体为:煅烧温度为600℃,升温速率为25℃/分钟,煅烧处理时间为8h。
实施例13
与实施例3不同的是:第一煅烧处理具体为:煅烧温度为1000℃,升温速率为25℃/分钟,煅烧处理时间为3h。
实施例14
与实施例3不同的是:第一煅烧处理具体为:煅烧温度为850℃,升温速率为40℃/分钟,煅烧处理时间为7h。
实施例15
与实施例3不同的是:第二煅烧的工艺具体为:煅烧温度为400℃,煅烧时间为8h。
实施例16
与实施例3不同的是:第二煅烧的工艺具体为:煅烧温度为800℃,煅烧时间为2h。
实施例17
与实施例3不同的是:在第二混合粉末中,以重量百分比计,ZrB2颗粒占2份,Ti粉占70份,Cu粉占35份,粉煤灰颗粒占12份。
实施例18
与实施例3不同的是:在第二混合粉末中,以重量百分比计,ZrB2颗粒占9份,Ti粉占100份,Cu粉占60份,粉煤灰颗粒占8份。
实施例19
与实施例3不同的是:在第二混合粉末中,以重量百分比计,ZrB2颗粒占8-10份,Ti粉占60-80份,Cu粉占30-40份,粉煤灰颗粒占5-10份。
实施例20
与实施例3不同的是:浸渗热处理工艺为:气压为0.01Pa,加热温度为700℃,升温速率为45℃/分钟,热处理时间为8h。
实施例21
与实施例3不同的是:浸渗热处理工艺为:气压为0.01Pa,加热温度为1000℃,升温速率为45℃/分钟,热处理时间为3h。
实施例22
与实施例3不同的是:浸渗热处理工艺为:气压为0.01Pa,加热温度为850℃,升温速率为30℃/分钟,热处理时间为7h。
对实施例1-22进行抗弯强度、抗拉强度和表面硬度进行测试,上述测试方法是本领域公知的方法,为了便于比较,所有实验结果都基于实施例1的结果进行归一化。
表1
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种无压浸渗制备镁铝合金的方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:
提供粉煤灰颗粒;
对所述粉煤灰颗粒进行预处理;
提供ZrB2颗粒、Ti粉以及Cu粉,其中所述ZrB2颗粒粒径为50-100μm;所述Ti粉颗粒粒径为30-40μm,所述Cu粉颗粒粒径为50-100μm;
球磨所述ZrB2颗粒、Ti粉以及Cu粉,得到第一混合粉末;
混合所述第一混合粉末以及经过预处理的粉煤灰,得到第二混合粉末;
对所述第二混合粉末进行冷等静压,得到第一混合物成型体;
将所述第一混合物成型体放入石墨模具;
将镁铝合金锭放置在所述第一混合物成型体上,得到待浸渗组合体;
对所述待浸渗组合体进行浸渗热处理。
2.如权利要求1所述的无压浸渗制备镁铝合金的方法,其特征在于:其中,对所述粉煤灰颗粒进行预处理包括如下步骤:
对所述粉煤灰颗粒进行球磨,使得所述粉煤灰颗粒的粒径为50-70μm;
对球磨后的粉煤灰颗粒进行超声分散;
将超声分散后的粉煤灰颗粒进行第一煅烧处理;
将第一煅烧处理后的粉煤灰颗粒进行酸洗;
对酸洗后的粉煤灰颗粒进行表面镀铜。
3.如权利要求2所述的无压浸渗制备镁铝合金的方法,其特征在于:所述第一煅烧处理具体为:煅烧温度为800-900℃,升温速率为20-30℃/分钟,煅烧处理时间为4-6h。
4.如权利要求2所述的无压浸渗制备镁铝合金的方法,其特征在于:所述表面镀铜的步骤具体为:
将所述酸洗后的粉煤灰颗粒放入氢氧化铜悬浊液,得到混合悬浊液;
对所述混合悬浊液进行机械搅拌;
过滤机械搅拌后的混合悬浊液,得到粉煤灰/氢氧化铜混合物;
对所述粉煤灰/氢氧化铜混合物进行第二煅烧,得到表面镀铜的粉煤灰颗粒。
5.如权利要求4所述的无压浸渗制备镁铝合金的方法,其特征在于:其中,所述第二煅烧的工艺具体为:煅烧温度为500-600℃,煅烧时间为5-6h。
6.如权利要求1所述的无压浸渗制备镁铝合金的方法,其特征在于:在所述第二混合粉末中,以重量百分比计,所述ZrB2颗粒占8-10份,Ti粉占60-80份,Cu粉占30-40份,粉煤灰颗粒占5-10份。
7.如权利要求1所述的无压浸渗制备镁铝合金的方法,其特征在于:所述浸渗热处理工艺为:气压为0.01-0.03Pa,加热温度为800-900℃,升温速率为40-50℃/分钟,热处理时间为4-5h。
8.如权利要求1所述的无压浸渗制备镁铝合金的方法,其特征在于:所述镁铝合金的牌号为AZ91D。
9.一种无压浸渗制备镁铝合金,其特征在于:所述无压浸渗制备镁铝合金是由如权利要求1-8之一所述的方法制备的。
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