CN111057923B - GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了GR/N‑SiCP复合增强镁基复合材料，按重量百分比由以下原料组分组成：GR粉0.5‑1.5％、N‑SiCP粉0.5‑10％、余量为镁粉，以上各组分重量百分比之和为100％。还公开了上述材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，高能球磨：按照上述重量百分比分别称取原料：将上述称取的GR粉、N‑SiCP粉及镁粉置于30‑60转/分的高能球磨机中在氩气保护下球磨混粉12‑24小时；步骤2，挤压成形：将步骤1球磨后的GR粉、N‑SiCP粉及镁粉混合体分两步进行挤压成形，首先进行往复挤压，然后通过普通正挤压即得。该制备方法解决了N‑SiCP的团聚问题，并能保证该复合材料具有一定的伸长率。
Description
技术领域
本发明属于金属材料及冶金技术领域，具体涉及一种GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料，本发明涉及该种GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料的制备方法。
背景技术
随着汽车轻量化和航空航天技术的发展，轻金属基复合材料中最先被人们研究和使用的是铝基复合材料。目前，由于镁基复合材料高的比强度、模量、硬度、尺寸稳定性，以及优良的耐磨、耐蚀、减振性能和高温性能。通过在镁及镁合金基体中添加增强相，所制备的镁基复合材料不但密度可以控制在2.0g/cm3左右，比强度及比刚度高，弹性模量有望达到60-75GPa左右，阻尼减振降噪性能和电子屏蔽性能优异，而且具有优良的力学和物理性能，在航空航天、军工产品制造、汽车、电子及运输工业等领域获得了越来越广泛的关注，并有可能得到广泛应用。
由于复合材料获得强化效果很大程度取决于将应力从基体转移到比较强的增强相的能力，因而获得一个强的基体/增强相的界面结合十分关键。因此，一般复合材料增强体的选择能够与基体合金的物理性能、化学相容性，润湿性，载荷承受能力等相关，尽量避免增强体与基体合金之间的界面发生反应。目前，以颗粒或短纤维制备镁基复合材料的工艺简便、成本低和力学性能好而得到一定程度的认可，常用的增强体主要有C纤维、Ti纤维、B纤维，A12O3颗粒及其短纤维，SiC颗粒(SiCP)或晶须，B4C颗粒等。
石墨烯(GR)作为一种新型二维结构材料，由sp2杂化轨道结合的单层碳原子构成，具有优异的力学、热学及电学性能。GR是目前已知强度最高的材料，同时具有很好的韧性，其拉伸强度为130GPa，杨氏模量为1.0TPa。此外，石墨烯还表现出优异的导电、导热性能、高阻尼性容量、高弹性模量、高机械强度和良好的自润滑性，其载流子迁移率为1.5×104cm2/(V·s)，热导率可达3000W/(m·K)。因此，GR已经成为重要的结构和功能新材料的增强体，自被发现以来在诸多领域得到了广泛应用。经过十多年的发展，目前 GR增强金属基复合材料的研究已经取得了丰富的研究成果。GR是镁基复合材料中最理想的增强体，尽管，科研人员就改善石墨烯的分散性、提高石墨烯与镁基体之间的界面结合等方面对石墨烯增强镁基复合材料进行了一定的研究，然而，GR在镁基复合材料中的应用还相对较少。
目前，GR增强镁基复合材料的制备方法主要有熔铸法和粉末冶金法。如专利《一种石墨烯增强镁基复合材料制备方法》(申请号：201910031951.8，公开号：CN109593985A，公开日：2019.04.09)公开了采用了真空吸铸法制备了以还原氧化石墨烯、硝酸镧、醋酸镍和镁合金为原料的石墨烯增强镁基复合材料，虽然能使石墨烯在基体中得以均匀分散，但是制备工艺繁琐。《一种石墨烯增强镁基复合材料的压铸制备方法》(申请号：201811547242.7，公开号：CN109371273A，公开日：2019.02.22)公开了一种半固态压铸制备石墨烯增强镁基复合材料的方法，使用熔铸法制备复合材料时，在熔铸过程中会出现材料的成分偏析、缩孔、疏松等缺陷，导致材料的性能较低。同时，由于石墨烯与镁基体的密度存在差异，石墨烯很难在镁合金熔体中均匀分散；而且在高温状态下，石墨烯很容易重新团聚，减弱石墨烯自身的分散效果，恶化复合材料的性能。同时，采用普通烧结法制备的复合材料存在致密性差、界面结合较弱等问题，且产量低，难以实现大规模生产。
SiC颗粒(SiCP)增强金属基复合材料的研究已有40余年的历史。美国学者Logsdon指出：金属基复合材料未来的发展前景主要在于非长纤维增强。由于生产SiCP的原材料资源丰富、工艺简单、成本低廉，同时SiCP具有优良的综合性能，是一种理想的镁合金复合材料增强体。目前SiCP增强金属基复合材料的制备工艺主要为粉末冶金法、喷射沉积法、铸造法和原位合成法等一系列工艺。
杨汉嵩公开的专利《SiC/镁合金AZ91复合材料的粉末冶金制备方法》 (申请号：201110234318.2，公开号：CN102251133A，公开日：2011.11.23) 通过将一定量的Mg粉、Al粉、Zn粉和SiCP进行混合，干燥，烧结最后制备出SiCP增强AZ91镁合金复合材料，该复合材料的硬度明显高于基体合金，并且表现出优良的摩擦性能。但是在整个制备过程中，要严格控制所加粉的粒度、纯度和干燥度；在烧结过程中的技术参数繁多，很难把握。同时，粉末冶金的设备复杂，成本偏高，不易制备大体积和形状复杂的零件，而且在生产过程中存在粉末燃烧和爆炸的危险，复合材料的致密度较难稳定控制；喷射沉积法是所得复合材料致密度高，组织细小，但是所用气体成本较高，所获得的复合材料孔隙率较高，需进行二次处理；铸造法是目前制备金属基复合材料的主要方法，闫洪公开的专利《SiCp/AZ61复合材料半固态制备方法》(申请号：200710068156.3，公开号：CN101045965A，公开日：2007.10.03) 通过半固态工艺，采用熔剂和氩气保护，将AZ61镁合金重熔，加入SiCp颗粒，进行搅拌最终获得镁基复合材料。虽然此方法能够制备形状复杂的镁基复合材料，但是在对镁合金基体重熔过程中温度高，不仅会造成合金元素的烧损，同时由于搅拌不充分致使SiCp团聚且分布不均匀，这将降低复合材料的综合力学性能，因此需要对其工艺做进一步改进；原位合成法这种工艺研究较多的是TiC、Al2O3增强的复合材料，而SiCP增强镁合金基复合材料的甚少；徐春杰公开的专利《新型SiCP颗粒增强快速凝固镁合金复合材料的制备方法》(申请号：ZL201310004263.5，公开号：CN103114217A，公开日： 2013-05-22)，采用的增强体SiCP为微米级，通过混粉和挤压制备复合材料。该工艺复杂，成本较高，SiCP颗粒尺寸较大，SiCP与镁基体晶粒二者界面可能造成对基体的割裂作用，对力学性能的提高作用不明显。
尽管金属基复合材料已经发展了40余年，但是目前对镁基复合材料的复合机理、界面强化机理等基础研究而言还很不充分，其制备工艺还亟待改进和完善，增强相和基体的性能还需要进一步提高。
目前，采用石墨烯(GR)和纳米碳化硅(N-SiCP)复合增强镁及镁合金基体的复合材料的研究尚无报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料，该复合材料避免了GR出现的多层化和烧损问题，并解决单层石墨烯GR与镁晶粒界面问题，避免出现界面微裂纹问题；同时，解决了N-SiCP的团聚问题，避免N-SiCP的团聚造成的微观缺陷问题。
本发明的第二个目的是提供一种GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料的制备方法，避免了GR出现的多层化和烧损问题，并解决单层石墨烯GR与镁晶粒界面问题，避免出现界面微裂纹问题；同时，解决了N-SiCP的团聚问题，避免了N-SiCP的团聚造成的微观缺陷，并能保证该复合材料具有一定的伸长率。
本发明所采用的技术方案是，GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料，按重量百分比由以下原料组分组成：GR粉0.5-1.5％、N-SiCP粉0.5-10％、余量为镁粉，以上各组分重量百分比之和为100％。
本发明的特点还在于，
GR粉为单层石墨烯干粉；N-SiCP粉为粒度50-200nm的球形颗粒；镁粉粒径大小为100-200目。
本发明所采用的第二个技术方案是，GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，高能球磨：
按照重量百分比分别称取如下原料：GR粉0.5-1.5％、N-SiCP粉0.5-10％、余量为镁粉，以上各组分重量百分比之和为100％；
将上述称取的GR粉、N-SiCP粉及镁粉一起置于30-60转/分的高能球磨机中，在氩气保护下球磨混粉12-24小时；
步骤2，挤压成形：
将步骤1球磨后的GR粉、N-SiCP粉及镁粉混合体分两步进行挤压成形，首先进行往复挤压，然后通过普通正挤压后制成镁基复合材料的丝材、棒材或板材。
本发明的特点还在于，
步骤1中，所述GR粉为单层石墨烯干粉；所述N-SiCP粉为粒度50-200nm 的球形颗粒；所述镁粉粒径大小为100-200目。
步骤1中，球磨的球料比为：2-5:10。
步骤1中，使用的磨球的直径为Φ5-8mm，磨球为Al2O3刚玉球。
步骤2中，往复挤压物料时所用的往复挤压装置为：包括第一挤压桶，第一挤压桶的一侧依次设置有凹模及第二挤压桶，第一挤压桶、第二挤压桶和凹模外壁上共同套接有一个加热体；
第一挤压桶内开有第一空腔，第二挤压桶内开有第二空腔；凹模由第一半凹模和第二半凹模组成，第一半凹模和第二半凹模合模后内部形成沙漏形凹模孔腔，第一空腔、凹模孔腔及第二空腔依次贯通共同形成挤压内腔；
第一挤压桶的第一空腔内设置有第一挤压杆，第二挤压桶的第二空腔内设置有第二挤压杆。
加热体为电阻加热圈。
步骤2中，往复挤压过程具体为：
将经步骤1球磨后的GR粉、N-SiCP粉及镁粉混合体置于由第一挤压桶、凹模和第二挤压桶顺序连接所形成的挤压内腔中，并在第一挤压杆和第二挤压杆的作用下填充满上述挤压内腔，对加热体通电加热，使挤压过程在一定的温度条件下进行，GR粉、N-SiCP粉及镁粉混合体作为物料在第一挤压杆和第二挤压杆分别往复运动的情况下，通过凹模处的物料被挤压变细，进入挤压桶的部分又被压缩镦粗，如此往复挤压2～10道次。
步骤2中往复挤压挤压比为5～8，挤压温度为250-400℃；普通正挤压的挤压温度为350-480℃。
本发明的有益效果是：
(1)本发明制备方法避免了现有采用铸造法、粉末冶金法存在的GR 和N-SiCP分散、团聚、燃烧、爆炸和致密度等系列问题。尤其是避免了GR 出现的多层化和烧损问题，并解决单层石墨烯GR与镁晶粒界面问题，避免出现界面微裂纹问题，如图2所示，组织中无明显的GR与镁晶粒界面结合缺陷，更无裂纹；同时，尤其解决了N-SiCP的团聚问题，充分发挥N-SiCP的纳米颗粒对基体的增强作用，避免了N-SiCP的团聚造成的微观缺陷，如图2所示，组织中无明显N-SiCP的团聚的大颗粒，组织非常均匀，浅灰色的N-SiCP颗粒分布均匀。这些充分发挥了GR/N-SiCP复合增强的镁基复合材料的综合力学性能和物理化学性能。
(2)本发明制备方法结合往复挤压(Reciprocating Extrusion,简写RE) 制备可控GR/N-SiCP和纯镁粉的镁基复合材料，该复合材料同时兼具高强度特征和GR/N-SiCP复合增强的高硬、高耐磨性和高减磨特性等优点，并充分发挥RE的大塑性变形特点，使该镁基复合材料中GR/N-SiCP在RE的挤压和镦粗变形过程中进一步流动、转动和破碎，使GR/N-SiCP的分布更加均匀， GR/N-SiCP与镁基体界面结合更加良好，并能保证该复合材料具有一定的伸长率。同时，获得的复合材料具有更高的刚度。
(3)本发明方法制备的GR/N-SiCP复合增强的镁基复合材料，达到了抗拉强度≥320MPa，伸长率≥5％，密度≤2.0g/cm3，弹性模量达到60-75GPa 左右，扩大了镁基复合材料的应用领域，尤其适应于一些特殊场合对高强韧、高弹性模量要求的镁基复合材料的需求。
附图说明
图1为本发明一种GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料的制备方法中使用的往复挤压装置的结构示意图；
图2为本发明的GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料的扫描电镜组织照片。
图中，1.第一挤压杆，2.第一挤压桶，3.凹模，4.加热体，5.第二挤压桶， 6.待挤压球磨后的GR粉、N-SiCP粉及纯镁粉混合体，7.第二挤压杆；
2-1.第一空腔，3-1.第一半凹模，3-2.第二半凹模，3-3.凹模孔腔，5-1. 第二空腔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料，按重量百分比由以下原料组分组成：GR粉0.5-1.5％、N-SiCP粉0.5-10％、余量为镁粉，以上各组分重量百分比之和为100％。
GR粉为单层石墨烯干粉；所述N-SiCP粉为粒度50-200nm的球形颗粒；所述镁粉粒径大小为100-200目。
图2中可以看出无明显GR片层堆积现象，更无明显微裂纹；N-SiCp 也无明显团聚现象，分布很均匀。
本发明还提供了上述GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，高能球磨：
按照重量百分比分别称取如下原料：GR粉0.5-1.5％、N-SiCP粉0.5-10％、余量为镁粉，以上各组分重量百分比之和为100％；
将上述称取的GR粉、N-SiCP粉及镁粉置于30-60转/分的高能球磨机中在氩气保护下球磨混粉12-24小时；
步骤1中，GR粉为单层石墨烯干粉；N-SiCP粉为粒度50-200nm的球形颗粒；镁粉粒径大小为100-200目；
步骤1中，磨球的重量为待球磨的GR粉、N-SiCP粉及纯镁粉重量之和的20-50％，即球磨的球料比为：2-5:10；
步骤1中，使用的磨球的直径为Φ5-8mm，磨球为刚玉球(Al2O3磨球)；
步骤2，挤压成形：
将步骤1球磨后的GR粉、N-SiCP粉及镁粉混合体分两步进行挤压成形。首先，进行往复挤压，然后将经过RE往复挤压2～10道次的GR/N-SiCP复合增强的镁基复合材料取出，并通过普通正挤压制成一定直径的丝材、棒材或一定宽度和厚度的板材。也可通过后续的零件专用挤压模具连续挤压成型为零部件；其中，往复挤压挤压比为5～8，往复挤压的挤压温度为250-400℃；普通正挤压的挤压温度为350-480℃。
步骤2中，往复挤压物料时所用的往复挤压装置为：如图1所示，包括第一挤压桶2，第一挤压桶2的一侧依次设置有凹模3及第二挤压桶5，第一挤压桶2、第二挤压桶5和凹模3外壁上共同套接有一个加热体4；
第一挤压桶2内开有第一空腔2-1，第二挤压桶5内开有第二空腔5-1；凹模3由第一半凹模3-1和第二半凹模3-2组成，第一半凹模3-1和第二半凹模3-2合模后内部形成沙漏形凹模孔腔3-3，第一空腔2-1、凹模孔腔3-3 及第二空腔5-1依次贯通共同形成挤压内腔；
第一挤压桶2的第一空腔2-1内设置有第一挤压杆1，第二挤压桶5的第二空腔5-1内设置有第二挤压杆7。
加热体4为电阻加热圈。
步骤2中，往复挤压过程具体为：
将经步骤1球磨后的GR粉、N-SiCP粉及镁粉置于由第一挤压桶2、凹模3和第二挤压桶5顺序连接所形成的挤压内腔中，并在第一挤压杆1和第二挤压杆7的作用下填充满上述挤压内腔，对加热体4通电加热，使挤压过程在一定的温度条件下进行，GR粉、N-SiCP粉及镁粉作为物料在第一挤压杆1和第二挤压杆7分别往复运动的情况下，通过凹模3处的物料被挤压变细，进入挤压桶的部分又被压缩镦粗，如此往复挤压2～10道次。
往复挤压是一种大塑性变形技术，是集挤压与镦粗同时进行的一种方法。往复挤压步骤可有效地对GR粉、N-SiCP粉和纯镁粉进行揉压，随着挤压次数的增多，未混合区逐渐收缩并消失，良好的混合区不断扩展，从而获得细小均匀的组织，并提高材料的强度和延展性。材料在经过数次往复挤压后，不仅使纯镁粉获得最佳的焊合及致密效果，更重要的是被挤压材料可以在每一次挤压后恢复最初的形状，并在材料流动、翻转和变形过程中使GR粉、N-SiCP粉与纯镁粉之间的界面逐渐达到最佳结合效果，并可能在RE过程中使纳米尺度的GR/N-SiCP颗粒通过纯镁粉的晶粒再结晶而进入镁晶粒内部，达到强化晶粒的效果。此外，往复挤压还能有效地消除和破碎初始材料中界面氧化膜和孔洞，并使材料内的不同相和GR/N-SiCP颗粒获得弥散、均匀地分布特征。
经上述方法制得的GR/N-SiCP颗粒增强的镁基复合材料的晶粒尺寸小于2μm，GR/N-SiCP颗粒复合增强的镁基复合材料，抗拉强度≥320MPa，伸长率≥5％，密度≤2.0g/cm3，弹性模量达到60-75GPa左右，扩大了镁合金的应用领域，尤其适应于一些特殊场合对高强韧镁基复合材料的需求。
本发明制备方法通过纯镁粉直接与GR/N-SiCP颗粒进行球磨和混粉，使得两者均匀混合避免SiCP团聚，解决了现有采用铸造法、粉末冶金法存在的 GR和N-SiCP分散、团聚、燃烧、爆炸和致密度等系列问题。尤其是避免了 GR出现的多层化和烧损问题，并解决单层石墨烯GR与镁晶粒界面问题，避免出现界面微裂纹问题；同时，尤其解决了N-SiCP的团聚问题，充分发挥N-SiCP的纳米颗粒对基体的增强作用，避免了N-SiCP的团聚造成的微观缺陷。这些充分发挥了GR/N-SiCP复合增强的镁基复合材料的综合力学性能和物理化学性能。
本发明制备方法通过往复挤压，可有效地对纯镁粉直接与GR/N-SiCP颗粒进行往复挤压，在挤压和镦粗过程中产生揉压，随着挤压道次数的增多，未熔合区逐渐收缩并消失，良好的熔合区不断扩展，从而获得各向同性、细小均匀的组织，提高材料的强度和延展性。复合材料在经过数次往复挤压后，不仅获得最佳的细化效果，重要的是待挤压球磨后的GR/N-SiCP颗粒和纯镁粉充分焊合，并可以在每一次挤压后恢复最初的形状。此外，往复挤压还能有效地消除和破碎初始材料中界面、氧化膜和孔洞，并使复合材料内的单层石墨烯(GR)和纳米尺度的碳化硅(N-SiCP)及基体材料不同相颗粒获得弥散、均匀地分布。往复挤压具有如下特点：①反复进行挤压和镦粗，可以使金属和合金获得任意大的应变而没有破裂的危险：②反复变形后材料的形状尺寸不变，因此，变形量不受尺寸限制；③连续变形，无需改变试样的原始形状；④材料在变形过程中基本处于压应力状态，有利于消除材料原始组织的各种缺陷；⑤加工温度范围宽，可以连续反复变形，操作简单、控制方便、生产率高、易于工业应用。
另外，本发明提供的经往复挤压后GR/N-SiCP复合增强的镁基复合材料还可以直接通过后续的普通正挤压制成一定直径的丝材、棒材或一定宽度和厚度的板材，或通过后续的零件专用挤压模具连续挤压成型为零部件，简化了成型工艺。
实施例1：
按照重量百分比分别称取如下原料：GR粉0.5％、N-SiCP粉0.5％、余量为镁粉，以上各组分重量百分比之和为100％；其中，GR粉为单层石墨烯干粉，N-SiCP粉的名义粒度尺寸为50nm，选择200目的纯镁粉作为复合材料的基体。使用Φ5mm的Al2O3磨球，其中磨球的重量为待球磨的GR粉、N-SiCP粉及纯镁粉重量的20％。
将上述粉料和磨球一起装入球磨罐中，以30转/分的转速在高能球磨机中在氩气保护下球磨混粉24小时。通过球磨机械混合均匀，避免GR和 N-SiCP团聚；
将完全混合均匀的GR粉、N-SiCP粉及纯镁粉混合体放入专用的往复挤压装置中在250℃条件下挤压比为8的往复挤压大塑性变形2道次，然后取出并在480℃条件下通过普通正挤压制成Φ1mm的丝材。
得到的GR/N-SiCP复合增强的纯镁基复合材料的晶粒尺寸为0.2-2μm，室温抗拉强度320MPa，伸长率为12％，密度为1.74g/cm3，弹性模量为60GPa。
实施例2
按照重量百分比分别称取如下原料：GR粉1.5％、N-SiCP粉10％、余量为镁粉，以上各组分重量百分比之和为100％；其中，GR粉为单层石墨烯干粉，N-SiCP粉的名义粒度尺寸为200nm，选择100目的纯镁粉作为复合材料的基体。使用Φ8mm的Al2O3磨球，其中磨球的重量为待球磨的GR粉、 N-SiCP粉及纯镁粉重量的50％。
将上述粉料和磨球一起装入球磨罐中，以60转/分的转速在高能球磨机中在氩气保护下球磨混粉12小时。通过球磨机械混合均匀，避免GR和 N-SiCP团聚；
将完全混合均匀的GR粉、N-SiCP粉及纯镁粉混合体放入专用的往复挤压装置中在400℃条件下挤压比为5的往复挤压大塑性变形10道次，然后取出并在350℃条件下通过普通正挤压制成Φ10mm的棒材。
得到的GR/N-SiCP复合增强的纯镁基复合材料的晶粒尺寸为0.2-2μm，室温抗拉强度420MPa，伸长率为5％，密度为1.83g/cm3，弹性模量为75GPa。
实施例3
按照重量百分比分别称取如下原料：GR粉1.0％、N-SiCP粉5％、余量为镁粉，以上各组分重量百分比之和为100％；其中，GR粉为单层石墨烯干粉，N-SiCP粉的名义粒度尺寸为100nm，选择150目的纯镁粉作为复合材料的基体。使用Φ7mm的Al2O3磨球，其中磨球的重量为待球磨的GR粉、 N-SiCP粉及纯镁粉重量的30％左右。
将上述粉料和磨球一起装入球磨罐中，以50转/分的转速在高能球磨机中在氩气保护下球磨混粉24小时。通过球磨机械混合均匀，避免GR和 N-SiCP团聚；
将完全混合均匀的GR粉、N-SiCP粉及纯镁粉混合体放入专用的往复挤压装置中在350℃条件下挤压比为8的往复挤压大塑性变形4道次，然后取出并在460℃条件下通过普通正挤压制成1mm厚的板材。
得到的GR/N-SiCP复合增强的镁基复合材料的晶粒尺寸为0.2-2μm，室温抗拉强度430MPa，伸长率为10％，密度为1.78g/cm3，弹性模量为68GPa。
实施例4
按照重量百分比分别称取如下原料：GR粉0.8％、N-SiCP粉3％、余量为镁粉，以上各组分重量百分比之和为100％；其中，GR粉为单层石墨烯干粉，N-SiCP粉的名义粒度尺寸为100nm，选择180目的纯镁粉作为复合材料的基体。使用Φ5mm的Al2O3磨球，其中磨球的重量为待球磨的GR粉、 N-SiCP粉及纯镁粉重量的35％。
将上述粉料和磨球一起装入球磨罐中，以60转/分的转速在高能球磨机中在氩气保护下球磨混粉18小时。通过球磨机械混合均匀，避免GR和 N-SiCP团聚；
将完全混合均匀的GR粉、N-SiCP粉及纯镁粉混合体放入专用的往复挤压装置中在330℃条件下挤压比为8的往复挤压大塑性变形4道次，然后取出并在440℃条件下通过普通正挤压制成Φ1mm的丝材。
得到的GR/N-SiCP复合增强的镁基复合材料的晶粒尺寸为0.2-2μm，室温抗拉强度400MPa，伸长率为10％，密度为1.77g/cm3，弹性模量为63GPa。
实施例5
按照重量百分比分别称取如下原料：GR粉0.8％、N-SiCP粉3％、余量为镁粉，以上各组分重量百分比之和为100％；其中，GR粉为单层石墨烯干粉，N-SiCP粉的名义粒度尺寸为100nm，选择180目的纯镁粉作为复合材料的基体。使用Φ5mm的Al2O3磨球，其中磨球的重量为待球磨的GR粉、 N-SiCP粉及纯镁粉重量的35％。
将上述粉料和磨球一起装入球磨罐中，以60转/分的转速在高能球磨机中在氩气保护下球磨混粉18小时。通过球磨机械混合均匀，避免GR和 N-SiCP团聚；
将完全混合均匀的GR粉、N-SiCP粉及纯镁粉混合体放入专用的往复挤压装置中在330℃条件下挤压比为6的往复挤压大塑性变形4道次，然后取出并在440℃条件下通过普通正挤压制成Φ1mm的丝材。
得到的GR/N-SiCP复合增强的镁基复合材料的晶粒尺寸为0.2-2μm，室温抗拉强度400MPa，伸长率为10％，密度为1.77g/cm3，弹性模量为63GPa。
Claims (5)
1.GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，高能球磨：
按照重量百分比分别称取如下原料：GR粉0.5-1.5％、N-SiCP粉0.5-10％、余量为镁粉，以上各组分重量百分比之和为100％；
将上述称取的GR粉、N-SiCP粉及镁粉一起置于30-60转/分的高能球磨机中在氩气保护下球磨混粉12-24小时；
步骤2，挤压成形：
将步骤1球磨后的GR粉、N-SiCP粉及镁粉混合体分两步进行挤压成形，首先进行往复挤压，然后通过普通正挤压后制成镁基复合材料的丝材、棒材或板材；
步骤1中，所述GR粉为单层石墨烯干粉；所述N-SiCP粉为粒度50nm的球形颗粒；所述镁粉粒径大小为100-200目；
步骤2中，往复挤压物料时所用的往复挤压装置为：包括第一挤压桶(2)，第一挤压桶(2)的一侧依次设置有凹模(3)及第二挤压桶(5)，第一挤压桶(2)、第二挤压桶(5)和凹模(3)外壁上共同套接有一个加热体(4)；
所述第一挤压桶(2)内开有第一空腔(2-1)，所述第二挤压桶(5)内开有第二空腔(5-1)；所述凹模(3)由第一半凹模(3-1)和第二半凹模(3-2)组成，第一半凹模(3-1)和第二半凹模(3-2)合模后内部形成沙漏形凹模孔腔(3-3)，第一空腔(2-1)、凹模孔腔(3-3)及第二空腔(5-1)依次贯通共同形成挤压内腔；
第一挤压桶(2)的第一空腔(2-1)内设置有第一挤压杆(1)，第二挤压桶(5)的第二空腔(5-1)内设置有第二挤压杆(7)；
步骤2中，所述往复挤压过程具体为：
将经步骤1球磨后的GR粉、N-SiCP粉及镁粉混合体置于由第一挤压桶(2)、凹模(3)和第二挤压桶(5)顺序连接所形成的挤压内腔中，并在第一挤压杆(1)和第二挤压杆(7)的作用下填充满上述挤压内腔，对加热体(4)通电加热，使挤压过程在一定的温度条件下进行，GR粉、N-SiCP粉及镁粉混合体作为物料在第一挤压杆(1)和第二挤压杆(7)分别往复运动的情况下，通过凹模(3)处的物料被挤压变细，进入挤压桶的部分又被压缩镦粗，如此往复挤压2～10道次；
步骤2中往复挤压挤压比为5～8，挤压温度为250-400℃；普通正挤压的挤压温度为350-480℃。
2.根据权利要求1所述的GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，球磨的球料比为：2-5:10。
3.根据权利要求1所述的GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，使用的磨球的直径为Φ5-8mm，磨球为Al2O3刚玉球。
4.根据权利要求1所述的GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述加热体(4)为电阻加热圈。
5.GR/N-SiCP复合增强镁基复合材料，其特征在于，采用权利要求1-4任意一项制备方法制备得到。
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