CN117821863A - 一种玄武岩纤维增强镁合金复合板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于镁合金技术领域，公开一种玄武岩纤维增强镁合金复合板材及其制备方法；所述制备方法为：将镁合金板切割为两个形状相同的镁合金板材；去除镁合金板材表面的油脂及氧化层；去除玄武岩纤维表面的油脂和杂质后，进行喷金处理获得改性玄武岩纤维；将改性玄武岩纤维与铝粉均匀铺设于两个镁合金板材之间，形成上下为镁合金板材，中间为玄武岩纤维和铝粉的三明治结构的预混体；将所述预混体预压处理后进行放电等离子热压烧结处理，即获得所述玄武岩纤维增强镁合金复合板材。本发明制备方法的整体复合制备工艺时间短，效率高；制备方法工艺简单，成品率高。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金技术领域，尤其涉及一种玄武岩纤维增强镁合金复合板材及其制备方法。
背景技术
随着材料向轻量化、高强化方向发展已成为节能减排的一个重要途径。
由于镁合金为最轻的金属结构材料，其密度仅为钢铁的1/5，铝合金密度的2/3，其比强度、比刚度明显优于传统的钢铁材料，因此选用镁合金已成为交通运输、车辆制造等领域的一个重要选项。然而，目前的镁合金的强度与塑性与传统钢铁材料还有一定差距，尤其是镁合金的抗拉强度，严重限制了镁合金的进一步研究和应用。
为了提高上述镁合金的抗拉强度，本领域技术人员提出了采用铸造过程添加纤维、原位生成等方法制备纤维增强镁合金。上述方法虽然能够一定程度上提高镁合金的抗拉强度，但是铸造方法无法将纤维均匀分布，尤其是对于长纤维，原位生成方法不适合将纤维放置在合金内部，也无法制备大尺寸纤维增强镁合金复合材料，且两种方法的制备周期均较长。
为此，本发明提供一种玄武岩纤维增强镁合金复合板材及其制备方法。
发明内容
为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种玄武岩纤维增强镁合金复合板材及其制备方法。本发明通过对玄武岩纤维进行表面去油脂和表面喷金后，将其与铝粉铺设于两个镁合金板之间，形成“镁合金板+铝粉+玄武岩纤维+镁合金板”三明治结构的预混体，然后将该预混体于放电等离子烧结设备中，抽真空以减少氧气对铝粉和镁合金板材氧化，再进行预压处理使铝粉在压力下较均匀分布，然后进行放电等离子热压烧结处理，以预混体中的铝粉压实并放电熔化，进入将上下两层镁合金表面熔化，从而使中间层的玄武岩纤维与镁合金板完全冶金结合，进而实现对镁合金板的抗拉强度的改善，获得玄武岩纤维增强镁合金复合板材。
本发明的一种玄武岩纤维增强镁合金复合板材及其制备方法是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一个目的是提供一种玄武岩纤维增强镁合金复合板材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，镁合金板的预处理：
将镁合金板进行切割，获得两个形状相同的镁合金板材；去除两个所述镁合金板材表面的油脂、以及氧化层，获得两个预处理后的镁合金板材。
步骤2，玄武岩纤维的预处理和改性处理：
去除玄武岩纤维表面的油脂和杂质，获得预处理后的玄武岩纤维；对预处理后的玄武岩纤维表面进行喷金处理，获得改性玄武岩纤维。
步骤3，混合各个制备原料：
将所述改性玄武岩纤维均匀平铺于一个预处理后的镁合金板材表面，随后，均匀铺设铝粉，然后加盖另一个预处理后的镁合金板材，形成上下为镁合金板材，中间为玄武岩纤维和铝粉的三明治结构的预混体。
步骤4，放电等离子热压烧结处理：
将所述预混体抽真空后进行预压处理，随后，于480～520℃下放电等离子热压烧结处理3.5～4.5min，即获得所述玄武岩纤维增强镁合金复合板材。
所述放电等离子热压烧结处理的压力为0.9～1.1吨。
优选地，所述玄武岩纤维在所述镁合金板材的铺设单位面积的用量为4.0×10-5～6.0×10-5g/mm2。
优选地，所述铝粉在一个预处理后的镁合金板材表面的铺设单位面积的用量为6.0×10-4g～9.0×10-4g/mm2。
优选地，所述喷金处理采用以下步骤进行：
将预处理后的玄武岩纤维置于喷金仪中，采用两面喷金的方式进行喷金处理，且单面喷金时间为2.5～3.5min。
优选地，所述预压处理的预压压力为0.1吨，处理时间为0.5～1.5min。
优选地，所述抽真空至放电等离子热压烧结设备内的真空度至≤5Pa。
优选地，在切割所述镁合金板时，采用电火花切割技术进行切割。
优选地，采用以下方式去除所述镁合金板材表面的油脂和氧化层：
先将所述镁合金板材浸于清洗剂中，于75～85℃下超声处理8～12min，以去除所述镁合金板材表面的油脂；采用1200号以上砂纸对去除油脂后的所述镁合金板材的表面进行打磨，打磨至表面平整光洁，以去除所述镁合金板材表面的氧化层；其中，所述清洗剂为丙酮和无水乙醇。
优选地，采用以下方式去除所述玄武岩纤维表面的油脂和杂质：
将玄武岩纤维浸于无水乙醇中浸泡8～12min，随后捞出于丙酮中浸泡50～70min，然后捞出于无水乙醇中浸泡8～12min，晾干。
本发明的第二个目的是提供一种上述制备方法制备获得的玄武岩纤维增强镁合金复合板材。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明先将玄武岩纤维进行表面去油脂和表面喷金，获得改性玄武岩纤维；同时将镁合金板表面打磨去除氧化层，随后将改性玄武岩纤维与铝粉铺设于两个镁合金板之间，形成“镁合金板+铝粉+玄武岩纤维+镁合金板”三明治结构的预混体，然后将该预混体于放电等离子烧结设备中，抽真空以减少氧气对铝粉和镁合金板材氧化，再进行预压处理使铝粉在压力下较均匀分布，然后进行放电等离子热压烧结处理，以预混体中的铝粉压实并放电熔化，进入将上下两层镁合金表面熔化，从而使中间层的玄武岩纤维与镁合金板完全冶金结合，最终形成玄武岩纤维增强镁合金复合板材。本发明制备方法的整体复合制备工艺时间短，效率高；制备方法操作简单，成品率高。
本发明制备的玄武岩纤维增强镁合金复合板材的复合中间界面结合质量好，同时玄武岩纤维与中间铝和镁合金实现冶金结合，大大提高了镁合金复合板材的抗拉强度；且复合后密度不显著增加，而制备成本低，其选用的玄武岩纤维仅为碳纤维价格的1/10以下，因此其成本优势明显。
附图说明
图1为本发明实施例1-3中的制备工艺流程示意图。
图2为喷金处理时采用的正方体框架。
图3为喷金处理后的改性玄武岩纤维。
图4为预混体的结构示意图。
图5为本发明的升温升压工艺曲线。
图6为对比例1的抗拉强度测试结果。
图7为对比例2的抗拉强度测试结果。
图8为实施例1的抗拉强度测试结果。
图9为实施例2的抗拉强度测试结果。
图10为实施例3的抗拉强度测试结果。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供一种玄武岩纤维增强镁合金复合板材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，镁合金板的预处理：
将镁合金板进行切割，获得两个形状相同的镁合金板材；去除两个所述镁合金板材表面的油脂、以及氧化层，获得两个预处理后的镁合金板材。
需要说明的是，本发明首先根据实际所需的形状尺寸对镁合金板进行切割，获得两个形状相同的镁合金板材，备用。且为了进行快速高效的切割处理，在本发明一个优选的实施例中，优选电火花切割技术进行切割。
在本发明一个优选的实施例中，采用以下方式去除所述镁合金板材表面的油脂和氧化层：
先将所述镁合金板材浸于清洗剂中，于75～85℃下超声处理8～12min，以去除所述镁合金板材表面的油脂；采用1200号以上砂纸对去除油脂后的所述镁合金板材的表面进行打磨，打磨至表面平整光洁，以去除所述镁合金板材表面的氧化层；其中，所述清洗剂为丙酮和无水乙醇。
且在本发明一个优选的实施例中，先采用丙酮为清洗剂，于75～85℃下超声处理4～6min，清洗镁合金板材表面，以除去镁合金板材表面油脂，再用无水乙醇洗去镁合金板材表面残留的丙酮，然后将镁合金板材完全浸于无水乙醇溶液中，以避免镁合金表面被氧化。
步骤2，玄武岩纤维的预处理和改性处理：
1)去除玄武岩纤维表面的油脂和杂质，获得预处理后的玄武岩纤维；2)对预处理后的玄武岩纤维表面进行喷金处理，获得改性玄武岩纤维。
需要说明的是，本发明考虑到玄武岩纤维具有优异的机械强度、理想的稳定性、合适的耐化学性能和耐高温性能以及较低的热传导系数等，故以玄武岩纤维作为增强体，对镁合金板材进行改性处理，以提高镁合金板材的强度。且本发明采用的玄武岩纤维的直径为6～10μm。
本发明考虑到直接采用玄武岩纤维对镁合金板材进行制备复合材料时，未经处理的玄武岩纤维表面存在油脂，其在放电等离子烧结过程中直接分解，产生气体和碳粉，导致结合性能变差，故本发明先对玄武岩纤维进行预处理，除去玄武岩纤维表面的油脂和杂质后再进行后续处理。
且在本发明一个优选的实施例中，采用以下方式去除玄武岩纤维表面的油脂和杂质：将玄武岩纤维浸于无水乙醇中浸泡8～12min，随后捞出于丙酮中浸泡50～70min，然后捞出于无水乙醇中浸泡8～12min，晾干。
本发明又考虑到未经处理的镁合金板材在制备过程中，不仅存在有机物分解，而且由于有氧化镁(MgO)层，其在放电烧结中不与铝液结合，导致无法复合，故本发明还对预处理后的玄武岩纤维进行了喷金处理，以通过喷金处理可以在玄武表面形成几个微米层的金原子层，该原子层能够与铝原子和镁原子形成冶金的结合。
且在本发明一个优选的实施例中，所述喷金处理采用以下步骤进行：将预处理后的玄武岩纤维置于喷金仪中，采用两面喷金的方式进行喷金处理，且单面喷金时间为2.5～3.5min。
步骤3，混合各个制备原料：
将所述改性玄武岩纤维均匀平铺于一个预处理后的镁合金板材表面，随后，均匀铺设铝粉，然后加盖另一个预处理后的镁合金板材，形成上下为镁合金板材，中间为玄武岩纤维和铝粉的三明治结构的预混体。
需要说明的是，本发明考虑到单独采用改性玄武岩纤维对镁合金板材进行处理时，由于改性玄武岩纤维位于两个镁合金板材之间，导致两个镁合金板材只能与上下两个镁合金板材存在部分接触，导致在后续通电加压过程中只存在局部熔化，而整体并未完全融合，故本发明还引入了铝粉作为中间熔合体使用，将铝粉与改性玄武岩纤维一同铺设于两个镁合金板材之间，以使铝粉首先熔化，并在压力作用下将上下镁合金板材表层熔合，实现中间纤维与上次镁合金板完全结合。
本发明考虑到铝粉熔化后形成的液体金属存在粘度，而玄武岩纤维添加量过多，纤维之间距离过小，进而会导致铝粉熔化后的铝液无法将纤维完全浸润，故在本发明一个优选的实施例中，改性玄武岩纤维在镁合金板材表面上的铺设单位面积的用量4.0×10-5～6.0×10-5g/mm2，以避免纤维之间距离过小，铝粉熔化后的铝液无法将纤维完全浸润的情况发生。
本发明考虑到铝粉的含量过少时，无法将纤维完全浸润；而铝粉含量过多时，过多熔化的铝液会使镁合金板材烧穿，进而影响力学性能，故在本发明一个优选的实施例中，铝粉在镁合金板材表面上的铺设单位面积的用量为6.0×10-4g～9.0×10-4g/mm2。
步骤4，放电等离子热压烧结处理：
将所述预混体抽真空后进行预压处理，随后进行放电等离子热压烧结处理，即获得所述玄武岩纤维增强镁合金复合板材。
需要说明的是，本发明在正式放电等离子热压烧结处理前先对放电等离子热压烧结设备进行抽真空处理，且抽真空至放电等离子热压烧结设备内的真空度至5Pa以下，以实现减少氧气对铝粉和镁合金板材氧化。
本发明考虑到铝粉在铺设过程中，可能存在铝粉在镁合金板材上铺设不均的缺陷，故在本发明一个优选的实施例中，在抽真空后先对预混体进行预压处理再正式进行放电等离子热压烧结处理，以通过预压处理实现铝粉在压力下较均匀分布。
为了确保能够通过预压处理使铝粉在压力下较均匀分布，在本发明一个优选的实施例中，所述预压处理的预压压力为0.1吨，处理时间为0.5～1.5min。
本发明通过放电等离子热压烧结处理，将预混体中的铝粉压实并放电熔化，进入将上下两层镁合金表面熔化，从而使中间层的玄武岩纤维与镁合金板完全冶金结合，最终形成玄武岩纤维增强镁合金复合板材。为了确保铺设的铝粉熔化后能够将上下两个镁合金板熔化焊合，以获得玄武岩纤维增强镁合金复合板材。在本发明一个优选的实施例中，放电等离子热压烧结处理的温度低于480℃会导致铝粉无法完全熔化，而温度超过520℃和时间超过5min会导致镁合金板烧穿，无法形成复合板材，故优选的采用的放电等离子热压烧结处理的温度为480～520℃，处理时间为3.5～4.5min。其中，放电等离子热压烧结处理的压力小于0.9吨会导致铝粉熔化不完全，压力超过1.1吨时，镁合金板材在厚度方向上会变薄，而长度方向伸长过多，即压力过大会导致热态镁合金变形过大，进而容易导致内部纤维断裂，进而影响到复合板整体抗拉强度，故本发明优选的放电等离子热压烧结处理的压力为1吨。
实施例1
请参阅图1，本实施例以AZ31镁合金板为例，提供一种玄武岩纤维增强AZ31镁合金复合板材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，AZ31镁合金板的预处理：
1)采用电火花切割技术，将AZ31镁合金板进行切割，获得两个尺寸相同的AZ31镁合金板材，且尺寸均为：80mm×10mm×2mm；2)将两个所述AZ31镁合金板材浸于清洗剂中，置于超声清洗仪中，设置超声温度为80℃，清洗时长10min，以去除两个所述AZ31镁合金板材表面的油脂；3)用砂纸打磨上述步骤2获得的两个所述AZ31镁合金板材，以除去两个AZ31镁合金板材表面的氧化层，获得两个预处理后的AZ31镁合金板材。
步骤2，玄武岩纤维的预处理和改性处理：
1)将玄武岩纤维剪切成80mm长，再将其置于将玄武岩纤维浸于无水乙醇中浸泡10min，随后捞出于丙酮中浸泡60min，然后捞出于无水乙醇中浸泡10min，晾干，即获得预处理后的玄武岩纤维；2)用铁丝制作一个6cm的正方体框架，如图2所示。将剪好的玄武岩纤维放在框架的上方，并用橡皮筋将纤维两端固定，再放入喷金仪中进行喷金，采取两面喷金，一面设置喷金的时间为3分钟，两面共喷金6分钟，获得喷金处理后的改性玄武岩纤维，如图3所示。
步骤3，混合各个制备原料：
将0.004g的改性玄武岩纤维均匀平铺于一个预处理后的AZ31镁合金板材表面，随后，均匀铺设0.51g的铝粉，然后加盖另一个预处理后的AZ31镁合金板材，形成上下为AZ31镁合金板材，中间为玄武岩纤维和铝粉的三明治结构的预混体，且预混体结构如图4所示。
步骤4，放电等离子热压烧结处理：
将上述获得的预混体放置于模具中，随后将该模具置于SPS放电等离子热压烧结炉中，通过炉门观察孔观察压头压到模具时，关闭炉门，抽真空至SPS放电等离子热压烧结炉内的真空度为5Pa，然后以0.1吨的预压压力，预压1min。然后，选择热电偶，设置放电等离子热压烧结处理的工艺参数为：温度为500℃，压力为1吨，处理时间为4min，进行放电等离子热压烧结处理，在放电等离子热压烧结处理结束之后，待温度降低到小于100℃后，即获得玄武岩纤维增强AZ31镁合金复合板材。
实施例2
请参阅图1，本实施例以AZ31镁合金板为例，提供一种玄武岩纤维增强AZ31镁合金复合板材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，AZ31镁合金板的预处理：
1)采用电火花切割技术，将AZ31镁合金板进行切割，获得两个尺寸相同的AZ31镁合金板材，且尺寸均为：80mm×10mm×2mm；2)将两个所述AZ31镁合金板材浸于清洗剂中，置于超声清洗仪中，设置超声温度为80℃，清洗时长10min，以去除两个所述AZ31镁合金板材表面的油脂；3)用砂纸打磨上述步骤2获得的两个所述AZ31镁合金板材，以除去两个AZ31镁合金板材表面的氧化层，获得两个预处理后的AZ31镁合金板材。
步骤2，玄武岩纤维的预处理和改性处理：
1)将玄武岩纤维剪切成80mm长，再将其置于将玄武岩纤维浸于无水乙醇中浸泡10min，随后捞出于丙酮中浸泡60min，然后捞出于无水乙醇中浸泡10min，晾干，即获得预处理后的玄武岩纤维；2)用铁丝制作一个6cm的正方体框架。将剪好的玄武岩纤维放在框架的上方，并用橡皮筋将纤维两端固定，再放入喷金仪中进行喷金，采取两面喷金，一面设置喷金的时间为3分钟，两面共喷金6分钟，获得喷金处理后的改性玄武岩纤维。
步骤3，混合各个制备原料：
将0.0163g的改性玄武岩纤维均匀平铺于一个预处理后的AZ31镁合金板材表面，随后，均匀铺设0.51g的铝粉，然后加盖另一个预处理后的AZ31镁合金板材，形成上下为AZ31镁合金板材，中间为玄武岩纤维和铝粉的三明治结构的预混体。
步骤4，放电等离子热压烧结处理：
将上述获得的预混体放置于模具中，随后将该模具置于SPS放电等离子热压烧结炉中，通过炉门观察孔观察压头压到模具时，关闭炉门，抽真空至SPS放电等离子热压烧结炉内的真空度为5Pa，然后以0.1吨的预压压力，预压1min。然后，选择热电偶，设置放电等离子热压烧结处理的工艺参数为：温度为500℃，压力为1吨，处理时间为4min，进行放电等离子热压烧结处理，在放电等离子热压烧结处理结束之后，待温度降低到小于100℃后，即获得玄武岩纤维增强AZ31镁合金复合板材。
实施例3
请参阅图1，本实施例以AZ31镁合金板为例，提供一种玄武岩纤维增强AZ31镁合金复合板材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，AZ31镁合金板的预处理：
1)采用电火花切割技术，将AZ31镁合金板进行切割，获得两个尺寸相同的AZ31镁合金板材，且尺寸均为：长80mm×宽10mm×厚mm；2)将两个所述AZ31镁合金板材浸于清洗剂中，置于超声清洗仪中，设置超声温度为80℃，清洗时长10min，以去除两个所述AZ31镁合金板材表面的油脂；3)用砂纸打磨上述步骤2获得的两个所述AZ31镁合金板材，以除去两个AZ31镁合金板材表面的氧化层，获得两个预处理后的AZ31镁合金板材。
步骤2，玄武岩纤维的预处理和改性处理：
1)将玄武岩纤维剪切成80mm长，再将其置于将玄武岩纤维浸于无水乙醇中浸泡10min，随后捞出于丙酮中浸泡60min，然后捞出于无水乙醇中浸泡10min，晾干，即获得预处理后的玄武岩纤维；2)用铁丝制作一个6cm的正方体框架。将剪好的玄武岩纤维放在框架的上方，并用橡皮筋将纤维两端固定，再放入喷金仪中进行喷金，采取两面喷金，一面设置喷金的时间为3分钟，两面共喷金6分钟，获得喷金处理后的改性玄武岩纤维。
步骤3，混合各个制备原料：
将0.0255g的改性玄武岩纤维均匀平铺于一个预处理后的AZ31镁合金板材表面，随后，均匀铺设0.51g的铝粉，然后加盖另一个预处理后的AZ31镁合金板材，形成上下为AZ31镁合金板材，中间为玄武岩纤维和铝粉的三明治结构的预混体。
步骤4，放电等离子热压烧结处理：
将上述获得的预混体放置于模具中，随后将该模具置于SPS放电等离子热压烧结炉中，通过炉门观察孔观察压头压到模具时，关闭炉门，抽真空至SPS放电等离子热压烧结炉内的真空度为5Pa，然后以0.1吨的预压压力，预压1min。然后，选择热电偶，设置放电等离子热压烧结处理的工艺参数为：温度为500℃，压力为1吨，处理时间为4min，进行放电等离子热压烧结处理，在放电等离子热压烧结处理结束之后，待温度降低到小于100℃后，即获得玄武岩纤维增强AZ31镁合金复合板材。
对比例1
本对比例以AZ31镁合金板为例，提供一种AZ31镁合金复合板材的制备方法，且本对比例与实施例1的区别仅在于：
本对比例不添加改性玄武岩纤维、不添加铝粉；且采用的AZ31镁合金板材只有一个，为原始状态。
对比例2
本对比例以AZ31镁合金板为例，提供一种AZ31镁合金板材的制备方法，且本对比例与实施例1的区别仅在于：
本对比例不添加改性玄武岩纤维，仅添加铝粉，且采用的AZ31镁合金板材有两个，即本对比例通过在上下两块AZ31镁合金板之间放置铝粉，进行直接复合工艺。
实验部分
(一)工艺参数设计
本发明以按照实施例1的制备方法，将放电等离子热压烧结处理的处理时间延长至8min，并对该放电等离子热压烧结处理过程中的工艺升温升压情况进行测试，且测得工艺升温升压曲线如图5所示。
图5中，“▲线”为压力的升压曲线，“●线”为温度的升温曲线，可以看出，当时间为4min时，压力达到1.0t，温度达到500℃，说明本发明的工艺制备玄武岩纤维增强镁合金复合材料具有制备时间短，制备效率高的特点。
(二)抗拉强度测试
本发明以对比例1-2以及实施例1-3获得的板材为例，分别对其进行了抗拉强度测试，且测试结果分别如图6-10、以及表1所示。
表1抗拉强度测试结果
| 改性玄武岩纤维量/g | 铝粉添加量/g | 抗拉强度/MPa | |
| 对比例1 | 0 | 0.51 | 171.163 |
| 对比例2 | 0 | 0 | 227.146 |
| 实施例1 | 0.004 | 0.51 | 242.116 |
| 实施例2 | 0.0163 | 0.51 | 281.109 |
| 实施例3 | 0.0255 | 0.51 | 289.890 |
图6为对比例1的抗拉强度测试结果，可以看出初始AZ31镁合金板材抗拉强度可达227MPa，即初始轧制态AZ31镁合金板材抗拉强度较高。
图7为对比例2的抗拉强度测试结果，与图6中对比例1的抗拉强度对比可知，当仅在两块镁合金板材之间添加铝粉的情况下，使其经放电等离子热压烧结处理复合制得的复合板材的抗拉强度降低到171MPa。这说明：1)在没有纤维增强的情况下，温度升高至500℃，压力增加到1吨，进行放电烧结，铝粉熔化将上下两块AZ31镁合金板材能够完整复合；2)由于模具升温至500℃，且中间铝粉熔化，并熔化上下两块镁合金板材表面，会导致AZ31镁合金板材基体组织会长大，同时铝原子也会与镁原子形成铝镁脆性相，导致试样的抗拉强度变差显著。
图8为实施例1的抗拉强度测试结果，通过与对比例2对比可知，虽然相比于对比例2仅仅增加了0.004g的改性玄武岩纤维，但制备获得的复合板材的抗拉强度显著提高，且高达242MPa，不仅比对比例2的未加纤维复合的试样提升了71MPa，而且比对比例1的初始AZ31镁合金板材提升了15MPa，说明本发明的制备方法能够显著提高AZ31镁合金板材的抗拉强度。
图9为实施例2的抗拉强度测试结果，通过与对比例2对比可知，实施例2虽然相比于对比例2仅仅增加了0.0163g的改性玄武岩纤维，但制备获得的复合板材的抗拉强度显著提高，且高达281MPa。也就是说，在相同工艺条件下，实施例2不仅比对比例2的未加纤维复合的试样提升了110MPa，而且比对比例1的初始AZ31镁合金板材提升了64MPa。
图10为实施例3的抗拉强度测试结果，通过与对比例2对比可知，实施例2虽然相比于对比例2仅仅增加了0.0255的改性玄武岩纤维，但制备获得的复合板材的抗拉强度显著提高，且高达290MPa。也就是说，在相同工艺条件下，实施例2不仅比对比例2的未加纤维复合的试样提升了119MPa，而且比对比例1的初始AZ31镁合金板材提升了73MPa。此外，实施例3相较于实施例2的抗拉强度仅增加9MPa，即在此工艺条件下，继续增加改性玄武岩纤维含量，对抗拉强度的增强效果逐渐减弱，故改性玄武岩纤维不易超过实施例3的用量。
基于上述可知：
1)相较于对比例1而言，对比例2在AZ31镁合金板材中间添加0.51g铝粉能够利用放电等离子烧结技术进行复合，但复合后强度较低，仅为初始AZ31镁合金板材(即相较于对比例1的试样)抗拉强度的75％。
2)实施例1通过加入0.004g玄武岩纤维后复合，其抗拉强度即可升高至242MPa，较未加玄武岩纤维复合的试样(即相较于对比例2的试样)升高了42％；也较初始AZ31镁合金板材(即相较于对比例1的试样)的抗拉强度升高了7％。
3)实施例2中玄武岩纤维加入量达到0.0163g，复合板抗拉强度可达281MPa，较未加玄武岩纤维复合的试样(即相较于对比例2的试样)升高了64％；也较初始AZ31镁合金板材(即相较于对比例1的试样)的抗拉强度升高了24％。
4)实施例3中玄武岩纤维加入量达到0.0255g，复合板抗拉强度可达290MPa，较未加玄武岩纤维复合的试样(即相较于对比例2的试样)升高了70％；也较初始AZ31镁合金板材(即相较于对比例1的试样)的抗拉强度升高了28％；此时玄武岩纤维加入量较实施例2的0.0163g增加了56％，而抗拉强度仅增加了3％，也就是说，如果在实施例3的基础上继续增加玄武岩纤维量对复合板的抗拉强度增加效果减弱，故改性玄武岩纤维不易超过实施例3的用量。
综上所述，本发明之所以能够大大提高镁合金复合板材抗拉强度，并非是由于某一特殊组分或某一特殊处理步骤实现的，而是通过各个组分、工艺参数有机协同共同实现的。
显然，上述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种玄武岩纤维增强镁合金复合板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将镁合金板进行切割，获得两个形状相同的镁合金板材；去除两个所述镁合金板材表面的油脂、以及氧化层，获得两个预处理后的镁合金板材；
去除玄武岩纤维表面的油脂和杂质，获得预处理后的玄武岩纤维；对预处理后的玄武岩纤维表面进行喷金处理，获得改性玄武岩纤维；
将所述改性玄武岩纤维均匀平铺于一个预处理后的镁合金板材表面，随后，均匀铺设铝粉，然后加盖另一个预处理后的镁合金板材，形成上下为镁合金板材，中间为玄武岩纤维和铝粉的三明治结构的预混体；
将所述预混体抽真空后进行预压处理，随后，于480～520℃下放电等离子热压烧结处理3.5～4.5min，使铝粉熔化后将上下两个所述镁合金板熔化焊合，即获得所述玄武岩纤维增强镁合金复合板材；
所述放电等离子热压烧结处理的压力为0.9～1.1吨。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性玄武岩纤维在所述镁合金板材的铺设单位面积的用量为4.0×10-5～6.0×10-5g/mm2。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝粉在一个预处理后的镁合金板材表面的铺设单位面积的用量为6.0×10-4g～9.0×10-4g/mm2。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述喷金处理采用以下步骤进行：
将预处理后的玄武岩纤维置于喷金仪中，采用两面喷金的方式进行喷金处理，且单面喷金时间为2.5～3.5min。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预压处理的预压压力为0.1吨，处理时间为0.5～1.5min。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述抽真空至放电等离子热压烧结设备内的真空度为≤5Pa。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在切割所述镁合金板时，采用电火花切割技术进行切割。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用以下方式去除所述镁合金板材表面的油脂和氧化层：
先将所述镁合金板材浸于清洗剂中，于75～85℃下超声处理8～12min，以去除所述镁合金板材表面的油脂；
采用1200号以上砂纸对去除油脂后的所述镁合金板材的表面进行打磨，打磨至表面平整光洁，以去除所述镁合金板材表面的氧化层；
其中，所述清洗剂为丙酮和无水乙醇。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用以下方式去除所述玄武岩纤维表面的油脂和杂质：
将玄武岩纤维浸于无水乙醇中浸泡8～12min，捞出后于丙酮中浸泡50～70min，捞出后于无水乙醇中浸泡8～12min，晾干。
10.一种权利要求1-9任意一项所述的制备方法制备获得的玄武岩纤维增强镁合金复合板材。
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