CN1718792A

CN1718792A - 钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN1718792A
Application number: CN 200510027718
Authority: CN
Inventors: 赵常利; 张小农
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2006-01-11

Abstract

一种钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法，步骤如下：(1)选用钛颗粒以及镁或镁合金粉，镁粉或镁合金粉体积百分比为70％～99％与钛粉1％～30％的体积百分比混合；(2)将上述粉末连同玛瑙球按球料重量比3～4∶1在球磨机上进行球磨，使之混合均匀；(3)将混合均匀的粉末放入模具，在室温下压制成型；(4)将压制的块体在真空炉中烧结；(5)将烧结后的块体进行热挤压，挤压后冷加工制成零件或成品。本发明采用纯Ti颗粒作为Mg的增强体，与同体积分数传统陶瓷颗粒增强体相比，强度相差不大，而塑性明显好于后者；而且基于Mg基体的高阻尼特性，所制得的复合材料具有轻质，高比强度比刚度，高阻尼和电磁屏蔽等特点，在航空、航天、汽车、微电子等行业中有广泛的应用前景。

Description

钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料技术领域的制备方法，具体是一种钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法。

背景技术

目前普遍采用陶瓷颗粒如SiC、TiB₂等作为镁基复合材料的增强体，在提高材料强度的同时，塑性远低于基体材料。这一问题限制了镁基复合材料的更为广泛的应用。另外，镁作为常用的金属结构材料中阻尼性能最好的一种材料，在减震和降低噪音方面起重要作用，在提高材料强度的同时保持镁的高塑性也成为镁基复合材料应用研究的核心课题之一。现有技术中有采用分解熔融沉积(DMD)的方法制备了钛颗粒增强镁基复合材料，其并未涉及材料的阻尼性能，而且所制备的材料的最终断裂强度(UTS)与纯镁相比有所下降。

经对现有技术的文献检索发现，Y.L.Xi等人在《Mater.Letters》(材料快报)2005年59：1831-1835上发表的“Ti-6Al-4V particle reinforcedmagnesium matrix composite by powder metallurgy[J](粉末冶金法制备Ti-6Al-4V颗粒增强镁基复合材料)”，该文采用粉末冶金法制备了钛合金TC(Ti-6Al-4V)颗粒增强镁合金MB15，他们所制备的复合材料的塑性较基体镁合金有很大下降，且也未涉及阻尼性能的变化。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法，使其制备的复合材料获得高强度和高阻尼，同时保持较高的塑性。

本发明是通过以下技术方案实现的，具体步骤如下：

(1)选用钛颗粒尺寸10～40μm，镁或镁合金粉尺寸小于75μm，基体镁粉或镁合金粉体积百分比为70％～98％与钛粉2％～30％的体积百分比混合。

(2)将上述粉末连同玛瑙球按球料重量比3～4∶1在球磨机上进行球磨，使之混合均匀，球磨时间为10～30小时，球磨机转速为30～60r/min。

(3)将混合均匀的粉末放入模具，在室温下压制成型，压力为200～400MPa，压制块致密度约为70％～90％。

(4)将压制的块体在真空炉中烧结，烧结温度450～550℃，烧结时间2～4小时，要求真空度在1×10^-3Pa以上。

(5)将烧结后的块体进行热挤压，挤压温度：350～450℃，挤压比10∶1。挤压后冷加工制成零件或成品。

本发明采用粉末方法制备了Ti颗粒增强Mg基复合材料，按照一定比例将Ti粉和Mg粉混合球磨后，将均匀混合的粉末在压机上压制成坯料，然后将压制好的坯料在真空炉中烧结，烧结好的材料经热挤压成型材，即可机加工成零件或成品。本发明可以方便地改变Ti颗粒与Mg的配比，制得各种体积分数增强相的镁基复合材料；制备过程中基体镁不必经过全熔的高温状态，因而界面反应大大减弱，且增强体Ti颗粒在基体内分布均匀，从而赋予镁基复合材料更高的综合性能，克服了其他方法如搅拌铸造，熔体浸渗等的颗粒增强体与基体的分布不均匀及界面反应等问题。

本发明采用纯Ti颗粒作为Mg的增强体，与同体积分数传统陶瓷颗粒增强体(如SiC、B₄C等)相比，强度相差不大，而塑性明显好于后者；而且基于Mg基体的高阻尼特性，所制得的复合材料具有轻质，高比强度比刚度，高阻尼和电磁屏蔽等特点，是良好的结构与功能一体化的复合材料，在航空、航天、汽车、微电子等行业中有广泛的应用前景。

具体实施方式

下面结合本发明的内容提供以下实施例：

实施例1：

(1)将平均粒径40μm，纯度≥99.7wt.％(重量百分比)的工业纯Mg粉与平均粒径40μm，纯度≥99wt％的Ti粉按体积百分比98∶2混合；

(2)将混合粉末放入球磨机，球磨时间10小时。

(3)将混合均匀的粉末放入模具，在室温下压制成型，压力为200MPa。

(4)将压制的块体在真空炉中烧结，烧结温度450℃，烧结时间2小时。

(5)将烧结后的块体进行热挤压，挤压温度350℃，挤压比10∶1。机加工制得成品。

实施例2：

(1)将平均粒径40μm，纯度≥99.7wt.％的工业纯Mg粉与平均粒径40μm，纯度≥99wt％的Ti粉按体积百分比95∶5混合；

(2)将混合粉末放入球磨机，球磨时间20小时。

(3)将混合均匀的粉末放入模具，在室温下压制成型，压力为250MPa。

(4)将压制的块体在真空炉中烧结，烧结温度500℃，烧结时间3小时。

(5)将烧结后的块体进行热挤压，挤压温度400℃，挤压比10∶1。机加工制得成品。

实施例3：

(1)将平均粒径40μm，纯度≥99.7wt.％的工业纯Mg粉与平均粒径40μm，纯度≥99wt％的Ti粉按体积百分比90∶10混合；

(2)将混合粉末放入球磨机，球磨时间24小时。

(3)将混合均匀的粉末放入模具，在室温下压制成型，压力为300MPa。

(4)将压制的块体在真空炉中烧结，烧结温度550℃，烧结时间3小时。

(5)将烧结后的块体进行热挤压，挤压温度450℃，挤压比10∶1。机加工制得成品。

实施例4：

(1)将平均粒径40μm，纯度≥99.7wt.％的工业纯Mg粉与平均粒径40μm，纯度≥99wt％的Ti粉按体积百分比70∶30混合；

(2)将混合粉末放入球磨机，球磨时间30小时。

(3)将混合均匀的粉末放入模具，在室温下压制成型，压力为400MPa。

(4)将压制的块体在真空炉中烧结，烧结温度550℃，烧结时间4小时。

所制备材料的性能见表1所示。

表1本发明Ti/Mg复合材料的性能及与其他材料对比结果

编号	材料成分	材料性能
		材料性能				抗拉强度MPa	强度提高％	延伸率％	室温阻尼Q-1
		实施例1	Mg/Ti2vol％	172	7.5	抗拉强度MPa	强度提高％	延伸率％	室温阻尼Q-1	5.0	0.015
实施例2	Mg/Ti5vol％	实施例1	Mg/Ti2vol％	172	7.5	180	12.5	4.2	0.013	5.0	0.015
实施例2	Mg/Ti5vol％	实施例3	Mg/Ti10vol％	196	22.5	180	12.5	4.2	0.013	4.6	0.013
实施例4	Mg/Ti30vol％	实施例3	Mg/Ti10vol％	196	22.5	300	87.5	4.4	0.010	4.6	0.013

Claims

1、一种钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

(1)选用钛颗粒以及镁或镁合金粉，镁粉或镁合金粉体积百分比为70％～99％与钛粉1％～30％的体积百分比混合；

(2)将上述粉末连同玛瑙球按球料重量比3～4∶1在球磨机上进行球磨，使之混合均匀；

(3)将混合均匀的粉末放入模具，在室温下压制成型；

(4)将压制的块体在真空炉中烧结；

(5)将烧结后的块体进行热挤压，挤压后冷加工制成零件或成品。

2、根据权利要求1所述的钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(1)中，所述的选用钛颗粒以及镁或镁合金粉，钛颗粒尺寸为10～40μm，镁或镁合金粉尺寸小于75μm。

3、根据权利要求1所述的钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(2)中，所述的在球磨机上进行球磨，球磨时间为1～30小时，球磨机转速为30～60r/min。

4、根据权利要求1所述的钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(3)中，所述的压制成型，压力为100～600MPa，压制块致密度为70％～90％。

5、根据权利要求1所述的钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(4)中，所述的真空炉中烧结，烧结温度450～550℃，烧结时间2～4小时。

6、根据权利要求1或者5所述的钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(4)中，所述的真空炉中烧结，真空炉的真空度在1×10^-3Pa以上。

7、根据权利要求1所述的钛颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(5)中，所述的热挤压，挤压温度为350～380℃，挤压比10∶1。