CN109266894B - 一种SiCP增强镁基复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种SiCP增强镁基复合材料的制备方法,属于镁基复合材料技术领域。其特征是按以下步骤进行：一、将氮化硼坩埚放置在高频感应炉的真空箱体内，氮化硼坩埚与钼电极相连，氮化硼坩埚内装有16mm×16mm×30mm的镁合金样品件，镁合金上表面放置表面镀有一层厚度为0.095μm薄铜、颗粒度为10μm的SiCp；二、用高频感应炉对真空环境下的样品进行加热至700℃，使样品件全部熔化；三、对金属熔体进行保温处理，保温时间为10min；四、待保温时间结束后，对保温后的金属熔体施加电脉冲，作用时间为10min。优点是工艺高效可靠，可以获得更均匀的组织，并可以对SiCP的颗粒度以及体积分数量进行调控，可实现工业化生产。

Description

一种SiCP增强镁基复合材料的制备方法
技术领域
发明属于镁基复合材料的技术领域，具体涉及一种SiCP增强镁基复合材料的制备方法。
背景技术
目前国内外制备镁基复合材料的方法有搅拌铸造法和粉末冶金法等，常用的增强相有纤维增强、晶须增强和颗粒增强。其中常见的是颗粒增强。近年来，随着复合材料制备技术的不断更新，颗粒增强镁基复合材料的工艺也取得了较大的突破。
制备镁基复合材料常见的增强体通常为微米级SiC颗粒。与基体相比，SiC颗粒增强镁合金复合材料由于在镁合金基体中掺杂了增强体SiC颗粒，使镁合金强度、韧性以及硬度得到显著改善。同时颗粒增强的镁基复合材料的密度小，刚度和比强度较高，在航空航天、车辆、精密仪器等领域有广泛应用。
在颗粒增强镁基复合材料的方法中，常见的搅拌铸造法可以使陶瓷比较均匀的分布在镁基复合材料中，但制备的镁基复合材料存在强度低，塑性差、颗粒在镁合金中不能均匀分散的缺点。热挤压法同样可以获得比较均匀的镁基复材料，但是操作复杂，成本高，导致该方法不适用于工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种SiCP增强镁基复合材料的制备方法，可有效地克服现有技术存在的缺点。
本发明的目的是这样实现的：其特征是按以下步骤实施：
第一步：在电脉冲熔炼装置中的氮化硼坩埚内放置16mm×16mm×30mm的镁合金样品件，再将表面上镀有一层厚度为0.095μm铜、颗粒度为10μm的SiCp放置在镁合金样品件上表面，Cu的质量占Cu-SiCp的17.3%，对真空箱体抽真空至2×10-4 Pa，同时填氩气至50kPa；
第二步，用高频感应炉对真空箱体内的样品件进行加热至700℃，使镁合金样品件全部熔化；
第三步，对金属熔体进行保温处理，保温时间为10min；
第四步，待保温时间结束后，对保温后的金属熔体施加电脉冲，作用时间为10min。首先启动脉冲电源；然后调节脉冲电源输出电压为55V，脉宽10μs，频率为30Hz，脉冲电流是通过调整输出电压在示波器上显示的峰值来实现的；最后关闭加热装置，进入随炉冷却过程，待金属熔体完全凝固后，关闭脉冲电源。
本发明优点及积极效果是：（1）采用本发明中的电脉冲作用下的Cu-SiCp增强镁基复合材料，实现SiCp在复合材料在晶界上析出，电脉冲有效抑制了碳化硅偏聚，使得组织更加均匀，形核率增加，晶粒得到细化，组织稳定性高，从而获得组织和性能良好的镁基复合材料。该复合材料耐磨性、机械性能性显著提高。尤其适合于精密仪器等方面的应用。
（2）本发明的方法Cu-SiCp与Mg17Al12完全反应，使硬质强化Mg2Si相取代β-Mg17Al12，材料的显微硬度大大提高；有效改善了外加粒子与基体合金润湿性，以及界面反应和组织稳定性差等问题，使得生产的工艺稳定性高，有利于大批量、规模化生产。（3）弥散分布的Cu以及Mg2Si增强相钉扎位错增加接触面的强度，显微硬度的提高、组织均匀分布、Cu单质弥散强化作用均能改善材料的摩擦磨损性能。本发明制备工艺简单，操作方便，可以制备出强度高、组织均匀的镁基复合材料。与基体相比，该工艺制备的复合材料平均摩擦系数为0.170，磨损量与原有的AZ91D镁合金相比，减少了53.13%；平均显微硬度提高了45%。
附图说明
图1是本发明装置示意图；
图中：1-示波器，2-脉冲电源，3-氩气，4-钼电极，5-金属熔体，6-氮化硼坩埚，7-真空箱体，8-感应线圈，9-红外测温孔，10-高频感应加热电源；
图2是AZ91D镁合金SEM图；
图3是电脉冲处理Cu-SiCp/AZ91D复合材料SEM图；
图4是AZ91D镁合金高倍SEM图；
图5是电脉冲处理Cu-SiCp/AZ91D镁基复合材料高倍SEM图。
具体实施方式：
以制备SiCP增强镁基复合材料为例，其制备方法是：
第一步：在氮化硼坩埚6内放置16mm×16mm×30mm的镁合金样品件，再将表面上镀有一层厚度为0.095μm铜、颗粒度为10μm的SiCp放置在镁合金样品件上表面，Cu的质量占Cu-SiCp的的17.3%，对真空箱体7抽真空至2×10-4 Pa，同时填氩气至50kPa；
第二步，高频感应炉对真空箱体内的镁合金样品件进行加热至至700℃，使镁合金样品件全部熔化，得到金属熔体5；
第三步，对上述金属熔体5进行保温处理，保温时间为10min；
第四步，待保温时间结束后，对保温后的金属熔体5施加电脉冲，作用时间为10min。首先启动脉冲电源2；然后调节脉冲电源2输出电压为55V，脉宽10μs，频率为30Hz，脉冲电流是通过调整输出电压在示波器1上显示的峰值来实现的；最后关闭加热装置10，进入随炉冷却过程，待金属熔体5完全凝固后，关闭脉冲电源2。
图2是AZ91D镁合金SEM图；
图3是电脉冲处理Cu-SiCp/AZ91D复合材料SEM图；
图4是AZ91D镁合金高倍SEM图；
图5是电脉冲处理Cu-SiCp/AZ91D镁基复合材料高倍SEM图。
比较而言，图2中组织的晶粒粗大；
图3中组织均匀，晶粒尺寸得到明显细化；
图4中有大量的β-Mg17Al12未与SiCp反应。枝晶主要由β-Mg17Al12和Mg2Si两相组成，形成Al4C3异质形核点较少，晶粒细化效果不好；
图5相比图4，图5中Cu-SiCp与熔体均匀混合，SiCp和Mg17Al12充分反应，致使蠕虫状的Mg2Si相取代β-Mg17Al12相，在Mg2Si附近形成由α-Mg和Al4C3混合组成的灰白色区域，使形核率增加，晶粒得到进一步细化。

Claims (1)

1.一种SiCP增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于实施步骤如下：
第一步：在真空箱体（7）内的氮化硼坩埚（6）内放置16mm×16mm×30mm的镁合金样品件，再将表面上镀有一层厚度为0.095μm铜、颗粒度为10μm的SiCp放置在镁合金样品件上表面，Cu的质量占Cu-SiCp的的17.3%，对真空箱体（7）抽真空至2×10-4 Pa，同时填氩气至50kPa；
第二步，对高频感应炉对真空箱体（7）内的镁合金样品件进行加热至至700℃，使镁合金样品件全部熔化，得到金属熔体（5）；
第三步，对上述金属熔体（5）进行保温处理，保温时间为10min；
第四步，待保温时间结束后，对保温后的金属熔体（5）施加电脉冲，作用时间为10min；首先启动脉冲电源（2）；然后调节脉冲电源（2）输出电压为55V，脉宽10μs，频率为30Hz，脉冲电流是通过调整输出电压在示波器（1）上显示的峰值来实现的；最后关闭加热装置（10），进入随炉冷却过程，待金属熔体（5）完全凝固后，关闭脉冲电源（2）。
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