CN108580851B - 一种结合界面强化的MgTi复合铸件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结合界面强化的MgTi复合铸件的制备方法，包括如下步骤：(1)在钛基材料的结合表面采用选区激光熔化技术制备Ti基点阵材料；(2)采用化学除油—活化—电镀铜的方法对点阵材料表面进行处理；(3)将钛基材料固定在模具中，采用真空压铸工艺将镁合金熔体浇注到模具内，以实现MgTi之间的牢固结合。不同于传统的平面之间的结合方式，本发明结合处充分利用了点阵结构的孔隙，结合强度高，不易脱落，实现了MgTi之间的牢固结合，充分发挥了镁合金和钛合金材料的特性。

Description

一种结合界面强化的MgTi复合铸件的制备方法
技术领域
本发明涉及复合铸件及其制备方法，尤其涉及一种结合界面强化的MgTi复合铸件的制备方法。
背景技术
镁合金具有低密度、高比强度、高比刚度、高阻尼性及易回收利用等优点。然而，镁合金存在耐蚀性差、高温强度和抗蠕变性差等缺点，影响了其更广泛的应用。钛基材料具有优异的高温性能、耐腐蚀性能、良好的断裂韧性和更高的比强度，也是能够满足轻量化要求的理想材料，目前因为价格较高主要应用于航空航天、深海等高科技领域。
镁合金和钛基材料二者性能互补性很强，在某些环境中二者的复合结构能够在保留各自性能特点的同时克服单一材料性能上的不足，且有助于进一步拓宽镁合金和钛合金的应用领域。
对于MgTi的液固复合铸造，其可靠连接受制于Mg、Ti弱反应低互溶问题：两者熔点相差大，钛的熔点比镁高近1000℃,两种金属很难同时处于熔融态；相互溶解度极小，基本不发生冶金反应；容易在表面形成氧化膜，影响界面连接。
专利CN104789804A公开了一种钛合金颗粒增强镁基复合材料的制备方法，采用TC4(Ti-6Al-4V)钛合金颗粒作为镁合金的增强体,通过搅拌铸造方法以及控制钛合金颗粒的体积分数和颗粒尺寸大小。专利CN102423829A公开了钛合金与镁合金填粉电阻点焊工艺方法，专利CN102615402A公开了一种钛合金与铝合金的填丝钨极氩弧焊方法。这些方法适应于特定结构，其应用受到限制。
发明内容
针对现有技术中存在的MgTi结合强度不足的缺陷，本发明提供了一种结合界面强化的MgTi复合铸件的制备方法，该方法在钛基材料结合表面利用选区激光熔化技术制备Ti基点阵材料，然后利用液固复合铸造工艺实现钛基材料与镁合金的结合。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种结合界面强化的MgTi复合铸件的制备方法，包括如下步骤：
(1)在钛基材料的结合表面采用选区激光熔化技术制备Ti基点阵材料；
(2)采用化学除油—活化—电镀铜的方法对点阵材料表面进行处理；
(3)将钛基材料固定在模具中，采用真空压铸工艺将镁合金熔体浇注到模具内，以实现MgTi之间的牢固结合。
作为本发明的另一种优选方案，真空压铸工艺参数范围为：压铸速度2～15m/s、模具温度150～280℃、真空度3～30kPa，熔体温度620～720℃。
作为本发明的一种改进方案，点阵材料结构类型为金字塔型或四面体型。
作为本发明的进一步改进方案，点阵材料结构参数为：杆长0.8～2mm，杆径0.4～1mm，杆间夹角30-60°。
本发明的技术效果是：本发明将增材制造及点阵材料应用于MgTi液固复合铸造，点阵材料由在空间周期排列的结点和连接结点的杆单元组成，具有高比表面、高孔隙率，结构及功能可设计，具有比金属泡沫和蜂窝材料更高的比强度、比刚度。选区激光熔化可以制造复杂的点阵结构，致密度高，技术成熟。本发明充分利用Ti基点阵材料的高比表面积及与镁合金形成的三维互嵌结构，可以大幅度强化结合界面的冶金结合与机械结合作用，实现MgTi液固复合铸造结合界面的可靠连接。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
一种结合界面强化的MgTi复合铸件的制备方法，包括如下步骤：
(1)在钛基材料的结合表面采用选区激光熔化技术制备Ti基点阵材料；
(2)采用化学除油—活化—电镀铜的方法对点阵材料表面进行处理；
(3)将钛基材料固定在模具中，采用真空压铸工艺将镁合金熔体浇注到模具内，以实现MgTi之间的牢固结合。
其中，真空压铸工艺参数范围为：压铸速度2～15m/s、模具温度150～280℃、真空度3～30kPa，熔体温度620～720℃。点阵材料结构类型为金字塔型或四面体型。点阵材料结构参数为：杆长0.8～2mm，杆径0.4～1mm，杆间夹角30-60°。
实施例1
点阵材料为TC4合金，结构类型为金字塔型，杆长1.2mm，杆径0.4mm，杆间夹角45°。选区激光熔化成型工艺参数：激光功率170～180W，扫描速率950mm/s，光斑直径60μm，粉层厚度0.03mm，扫描间距100μm，制备钛基点阵材料。
表面处理：以无水碳酸钠Na2CO3(25g/L),氢氧化钠NaOH(40g/L)，磷酸三钠Na3PO4(35g/L)，余为水，进行化学除油处理。采用430mL/L二甲基甲酰胺，40％氢氟酸110mL/L，余为水，在室温下活化时间6min。采用焦磷酸铜(Cu2P2O7)65g/L，焦磷酸钾(K4P2O7·3H20)290g/L，柠檬酸铵[(NH4)2C6H6O7]22g/L，余为水，pH8.4左右，工作温度25℃，电流密度0.8A/dm2，进行电镀铜处理。
真空压铸工艺参数：AZ91D镁合金压铸速度4m/s、模具温度180℃、真空度18kPa，熔体温度700℃。
实施例2
点阵材料为TC6合金，结构类型为四面体型，杆长2mm，杆径0.6mm，杆间夹角45°。选区激光熔化成型工艺参数：激光功率100～110W，扫描速率600mm/s，光斑直径50μm，粉层厚度0.04mm，扫描间距100μm，制备点阵材料。
表面处理：以无水碳酸钠Na2CO3(30g/L),氢氧化钠NaOH(40g/L)，磷酸三钠Na3PO4(35g/L)，余为水，进行化学除油处理。采用450mL/L二甲基甲酰胺，40％氢氟酸130mL/L，余为水，在室温下活化时间8min。采用焦磷酸铜(Cu2P2O7)70g/L，焦磷酸钾(K4P2O7·3H20)310g/L，柠檬酸铵[(NH4)2C6H6O7]25g/L，余为水，pH8.8左右，工作温度25℃，电流密度0.8A/dm2，进行电镀铜处理。
真空压铸工艺参数：AM60B镁合金压铸速度5m/s、模具温度200℃、真空度20kPa，熔体温度720℃。
检测知，实施例1和实施例2中的MgTi复合铸件的界面剪切强度分别达到221MPa和234MPa。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种结合界面强化的MgTi复合铸件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在钛基材料的结合表面采用选区激光熔化技术制备Ti基点阵材料；
(2)采用化学除油—活化—电镀铜的方法对点阵材料表面进行处理；
(3)将钛基材料固定在模具中，采用真空压铸工艺将镁合金熔体浇注到模具内，以实现MgTi之间的牢固结合；
真空压铸工艺参数范围为：压铸速度2～15m/s、模具温度150～280℃、真空度3～30kPa，熔体温度620～720℃；
点阵材料结构参数为：杆长0.8～2mm，杆径0.4～1mm，杆间夹角30-60°。
2.根据权利要求1所述的一种结合界面强化的MgTi复合铸件的制备方法，其特征在于,点阵材料结构类型为金字塔型或四面体型。
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