CN1318625C - 镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料 - Google Patents

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Abstract

一种用于复合材料技术领域的镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料。基体为纯镁粉或镁合金粉体积百分比70%-99%与含化学镀铜层石墨颗粒1%-30%的体积百分比混合制得。化学镀铜层为通过化学镀铜在石墨表面沉积的一层铜涂层，铜的重量百分比占含化学镀铜层石墨颗粒总重量的10%～50%，石墨颗粒的重量百分比为50%～90%。本发明高强度高阻尼镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料的优点就在于，它通过控制合适的铜涂层厚度、石墨颗粒体积分数和粉末冶金技术并辅以热挤工艺制备出的新型镁基复合材料中石墨颗粒分布均匀、界面结合良好，而且兼具良好力学性能和阻尼性能，得到一种高强度高阻尼结构与功能一体化的镁基复合材料，具有广泛的应用领域。

Description

镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料
技术领域
本发明涉及的是一种用于复合材料技术领域的镁基复合材料，具体是一种镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料。
背景技术
材料的阻尼性能在控制结构的振动和噪音中起了重要的作用，因而也延长了循环载荷或冲击下材料的服役寿命。在所有的商业金属结构材料中镁具有最高的阻尼性能，然而弱的机械性能限制了其更为广泛的应用。因此，改善镁的机械强度而保持其固有的高阻尼性能成为了众多研究的核心问题。
经对现有技术的文献检索发现，C.Mayencourt等人在《Phys.Status.Solidi.A》(1997，163：357)上发表论文“高阻尼复合材料：Mg2Si/Mg的研究”，该文提出通过定向凝固工艺制备纤维增强复合材料Mg2Si/Mg，拥有工业铸造镁合金AZ63相当的拉伸强度而阻尼性能却改善了10-100倍，该工艺得到的纤维复合材料的性能存在各向异性，而且定向凝固工艺复杂，不适合工业化生产。张小农等在《材料工程》(1997，No.8：19-21)上发表论文“Gr/Mg复合材料的阻尼行为研究”，该文研究了以石墨纤维增强的镁基复合材料的阻尼性能，但存在石墨纤维价格昂贵和复合制备工艺复杂等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料。使其具有良好的阻尼性能，石墨(Gr)表面的铜(Cu)涂层可以有效改善石墨和纯镁基体之间的润湿，促进烧结，从而提高最终的力学性能，达到结构功能一体化的应用要求。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明基体为纯镁粉或镁合金粉体积百分比70％-99％与含化学镀铜层石墨颗粒1％-30％的体积百分比混合制得。
所述的化学镀铜层为通过化学镀铜在石墨表面沉积的一层铜涂层，铜的重量百分比占含化学镀铜层石墨颗粒总重量的10％～50％，石墨颗粒的重量百分比为50％～90％。
所述的含化学镀铜层石墨颗粒为增强相；
所述的纯镁粉或镁合金粉体为基体相；
所述的含化学镀铜层是通过在石墨颗粒表面化学镀铜得到的界面层，使制造的复合材料获得强度和阻尼性能的良好匹配。
将镀铜石墨颗粒、纯镁粉或镁合金粉以一种粉末冶金的工艺进行混合，并经冷压、烧结和热挤后得到颗粒分布均匀、界面结合良好、组织致密的镁基复合材料。石墨具有高的本征阻尼性能，加之复合材料的界面效应，可保证本发明的复合材料具有良好的阻尼性能。石墨表面的Cu涂层可以有效改善石墨和镁基体之间的润湿，促进烧结，从而提高最终的力学性能，达到结构功能一体化的应用要求。
本发明的材料具有优良的力学性能和阻尼性能的综合。表1比较了纯镁及其复合材料的室温力学性能，明显可以看出镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料的力学性能和阻尼性能优良。
表1纯镁及其复合材料的力学性能
 材料  屈服强度(MPa)  抗拉强度(MPa)  延伸率(％)
 Mg20Vol％镀铜Gr/Mg  89183  108210  9.81.2
由于镁基复合材料的界面对其力学性能和阻尼性能的影响显著，本发明采用石墨颗粒表面镀铜方法得到具有特殊界面层的镁基复合材料，使其具有良好的力学性能和阻尼性能的综合。
本发明镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料的优点就在于，它通过控制合适的铜涂层厚度、石墨颗粒体积分数和粉末冶金技术并辅以热挤工艺制备出的新型镁基复合材料中石墨颗粒分布均匀、界面结合良好，而且兼具良好力学性能和阻尼性能，得到一种高强度高阻尼结构与功能一体化的镁基复合材料，具有广泛的应用领域。
具体实施方式
以下用实施例对本发明作进一步的说明，将有助于对本发明进一步的理解，本发明的保护范围不受这些实施例的限定，本发明的保护范围由权利要求书来限定。
实施例1
本实施例以化学镀铜(Cu)的石墨(Gr)粒子为增强相，以纯镁为基体相，通过在石墨颗粒表而化学镀铜来得到特殊的界面层，使制造的复合材料获得强度和阻尼性能的良好匹配。采用40μm纯镁粉和20μm的Gr粒子为原始粉末材料，Gr粒子的体积百分数为1％。在Gr粒子表面化学镀覆重量比为10％的Cu涂层，化学镀铜涂层以极细小的颗粒状均匀覆盖在石墨颗粒表面。然后经混粉、冷压、烧结和热挤后得到颗粒分布均匀、组织致密、界面结合良好的复合材料。该涂层Gr/Mg复合材料的抗拉强度约为130MPa，高出镁的抗拉强度约25％，室温阻尼性能达到0.02的高阻尼。
实施例2
本实施例以化学镀铜(Cu)的石墨(Gr)粒子为增强相，以纯镁为基体相，通过在石墨颗粒表面化学镀铜来得到特殊的界面层，使制造的复合材料获得强度和阻尼性能的良好匹配。采用40μm纯镁粉和20μm的Gr粒子为原始粉末材料，Gr粒子的体积百分数为10％。在Gr粒子表面化学镀覆重量比为30％的Cu涂层，化学镀铜涂层以极细小的颗粒状均匀覆盖在石墨颗粒表面。然后经混粉、冷压、烧结和热挤后得到颗粒分布均匀、组织致密、界面结合良好的复合材料。该涂层Gr/Mg复合材料的抗拉强度约为170MPa，提高镁的强度约60％。室温阻尼性能接近于0.014，达到高阻尼水平。
实施例3
本实施例以化学镀铜(Cu)的石墨(Gr)粒子为增强相，以纯镁为基体相，通过在石墨颗粒表面化学镀铜来得到特殊的界面层，使制造的复合材料获得强度和阻尼性能的良好匹配。采用40μm纯镁粉和20μm的Gr粒子为原始粉末材料，Gr粒子的体积百分数为30％。在Gr粒子表面化学镀覆重量比为50％的Cu涂层，化学镀铜涂层以极细小的颗粒状均匀覆盖在石墨颗粒表面。然后经混粉、冷压、烧结和热挤后得到颗粒分布均匀、组织致密、界面结合良好的复合材料。该涂层Gr/Mg复合材料的抗拉强度约为210MPa，提高镁的强度约100％。室温阻尼接近于0.01，高温阻尼性能超过了镁。因此该涂层Gr/Mg复合材料可获得良好的机械与阻尼性能匹配。

Claims (2)

1、一种镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料，其特征在于，基体为纯镁粉或镁合金粉体积百分比70％-99％与含化学镀铜层石墨(Gr)颗粒1％-30％的体积百分比混合制得。
2、根据权利要求1所述的镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料，其特征是，所述的化学镀铜层为通过化学镀铜在石墨表面沉积的一层铜涂层，铜的重量百分比占含化学镀铜层石墨颗粒总重量的10％～50％，石墨颗粒的重量百分比为50％～90％。
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Gr/Mg复合材料的阻尼行为研究 张小农，陈思根，张荻，吴人洁，材料工程，第8期 1997 *
Gr/Mg复合材料的阻尼行为研究 张小农，陈思根，张荻，吴人洁，材料工程，第8期 1997;镀铜石墨粉含量对铜-镀铜石墨复合材料组织与性能的影响 许少凡，李政，王文芳，王成福，热加工工艺，第1期 2003 *
镀铜石墨粉含量对铜-镀铜石墨复合材料组织与性能的影响 许少凡，李政，王文芳，王成福，热加工工艺，第1期 2003 *

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