CN1737174A - 粉末热压法制备准晶颗粒镁基复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合材料领域的粉末热压法制备准晶颗粒镁基复合材料的方法，采用高压惰性气体雾化的方法制取准晶粉末，过筛后得到20－100μm的准晶粉末，经过850℃12小时真空热处理，得到单一准晶相组成，准晶成分为：Al63Cu25Fe12，采用－100目的纯镁或镁合金镁粉末分别与准晶粉末混合均匀后冷压，然后将压制件随模具一起投入电阻炉进行加热保温，保温后进行热压，制备出准晶颗粒增强镁基复合材料。本发明制得的增强颗粒与合金粉末能充分混合均匀，所占质量分数可调，而且粉末热压的温度较低，避免了在液相工艺过程中基体熔融金属与准晶颗粒之间的反应，准晶增强颗粒与基体金属界面结合良好，且能弥散均匀分布在基体金属内。

Description

粉末热压法制备准晶颗粒镁基复合材料的方法
技术领域
本发明涉及的是一种复合材料领域的制备方法，特别是一种粉末热压法制备准晶颗粒镁基复合材料的方法。
背景技术
自发现准晶以来，对于准晶的研究和应用就越来越受到广泛的重视。特别是对于Al-Cu-Fe系稳定准晶的研究和应用已取得了一定成果。而对于采用准晶颗粒增强镁基复合材料的研究在国内外都没有见到很好应用的实例。采用液相制备工艺(包括搅拌铸造、压力浸渗等)，不可避免的造成准晶颗粒与基体金属镁之间的反应，最终准晶颗粒将不复存在，失去了准晶颗粒复合材料的初衷。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号：03151044.2，发明名称：“制备准晶颗粒增强镁基复合材料的工艺”，公开日：2004年9月1日，该专利公开了一种粉末冶金法制备准晶颗粒增强镁基复合材料的工艺，采用机械球磨或高压惰性气体雾化的方法制取准晶粉末，过筛后得到20-100μm的准晶粉末，采用-200~80目的镁合金粉末分别与准晶粉末进行混合后热压压制，然后在真空炉里进行烧结，制备出准晶颗粒增强镁基复合材料。但此种方法工艺较为复杂，采用普通的粉末冶金的方法复杂的工艺过程导致粉末颗粒的污染和氧化，特别是镁合金的烧结对设备的要求很高，要求在真空条件下进行，因此，无论是从复合材料的制备和复合材料的性能来看，普通的粉末冶金的方法均不是十分理想的。
发明内容
本发明针对背景技术中上述的缺陷，提供一种粉末热压法制备准晶颗粒镁基复合材料的方法，使其具有方法过程简单、成本低的优点，制备出具有良好的综合性能的金属基复合材料。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用高压惰性气体雾化的方法制取Al63Cu25Fe12粉末，过筛后得到20-100μm的准晶粉末，经过850℃12小时真空热处理，得到单一准晶相组成，成分为：Al63Cu25Fe12。采用-100目的纯镁粉末分别与不同含量的准晶粉末混合后进行冷压，压制压力为290MPa，冷压完成后不进行脱模，模具中上下压头与外模紧密接触，避免压制件与外界空气的接触。然后将压制件随模具一起投入普通的电阻炉进行加热保温，保温后进行热压，再进行热挤压，从而制备出准晶颗粒准晶弥散均匀分布在基体金属内，增强颗粒与基体金属界面结合良好，具有良好的综合性能的镁基复合材料。本发明具体工艺参数：基体材料为纯镁粉末，准晶颗粒质量百分数为0-25％，热压温度520-600℃，保温时间为1-3小时。由于采用固态热压的方法避免了液相制备方法中基体熔融金属与准晶颗粒的充分接触，从而避免或减轻了基体金属与准晶颗粒之间的反应。
本发明是在镁基复合材料的材质符合以下条件的前提下实施：
基体材料成分为：MgaMbNc，其中，a+b+c＝100为重量百分比：86≤a≤100，0≤b≤13，0≤c≤1，M表示Si，Al，Cu，Zn中至少一种；N表示Ni，Fe，Cr中的一种或几种。
在进行热压时，压制件随模具一起进行加热保温，保温一定时间后进行热压的方式，节减了粉末冶金方法中粉末烧结的工序，提高了效率，降低了成本，而且避免了在较高温度下的长时间加热，减少了氧化和其他污染的可能；同时由于热压时温度较低，避免了基体金属与增强颗粒之间的反应，界面无污染。
本发明充分利用准晶相低的热膨胀系数的特性，制备具有良好尺寸稳定性的镁基复合材料的有效方法，节减了粉末冶金方法中将粉末冷压后进行脱模再进行烧结的工序，提高了效率，降低了成本，而且避免了在较高温度下的长时间加热，减少了氧化和其他污染的可能，另外，而粉末热压法可以在普通的加热设备中进行，降低了对设备的要求，使次种复合材料的制备变得简单易行；解决了背景技术中存在的不足，增强颗粒与合金粉末能充分混合均匀，所占质量分数可调，而且粉末热压的温度较低，避免了在液相工艺过程中基体熔融金属与准晶颗粒之间的反应，准晶增强颗粒与基体金属界面结合良好，且能弥散均匀分布在基体金属内，从而制备出具有良好的综合性能的金属基复合材料。特别值得一提的是，由于准晶颗粒低的热膨胀特性，可以降低复合材料的热膨胀系数，使复合材料具有很好的尺寸稳定性。
具体实施方式
结合本发明方法的具体内容提供以下实施例：
采用高压惰性气体雾化的方法制取Al63Cu25Fe12粉末，过筛后得到20-100μm的准晶粉末，经过850℃12小时真空热处理，得到单一准晶相组成，采用-100目的经过机械破碎法制得的纯镁粉末分别与不同含量的准晶粉末(质量比为0％，10％，15％，25％)混合后进行冷压，压制压力为290MPa，冷压完成后不进行脱模，模具中上下压头与外模紧密接触，避免压制件与外界空气的接触。然后将压制件随模具一起投入普通的电阻炉进行加热保温，保温后进行热压，再进行热挤压。这种冷压后再热压的方式，节减了粉末冶金方法中将粉末冷压后进行脱模再进行烧结的工序，提高了效率，降低了成本，而且避免了在较高温度下的长时间加热，减少了氧化和其他污染的可能，另外，镁合金的烧结对设备的要求很高，要求在真空条件下进行，而粉末热压法可以在普通的加热设备中进行，降低了对设备的要求，使这种复合材料的制备变得简单易行；同时由于热压时温度较低，避免了基体金属与增强颗粒之间的反应，界面无污染。复合材料经热挤压后准晶颗粒分布更加均匀，具有更好的致密性，材料将具有更好的综合性能。
具体工艺参数为：准晶粉末重量百分数为0-25％，冷压压力290MPa，热压温度550-650℃，保温时间为1-3小时，压制压力为290MPa，保压0-10分钟；热挤压温度为420-550℃，保温时间40-60分钟，挤压比为10～16∶1。
本发明实施的具体工艺参数(表1)：
  工艺参数   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4
  基体材料   镁   镁   镁   镁
  准晶粉末含量(wt％)   0   10   15   25
  热压温度(℃)   550   600   550   650
  保温时间(min)   60   100   120   180
  热压后尺寸   Φ40×50mm   Φ40×50mm   Φ40×50mm   Φ40×50mm
  热挤压温度(℃)   420   420   480   550
  热挤压后尺寸   Φ12×300mm   Φ12×300mm   Φ12×300mm   Φ12×300mm
这四种材料的力学性能如下表(表2)：
  编号   弹性模量E(GPa)   屈服强度(MPa)   拉伸强度(MPa)   延伸率(％)
  实施例1   37.4   133.47   216.85   3.48
  实施例2   40.07   172.99   226.61   1.64
  实施例3   43.59   193.28   229.23   1.50
  实施例4   44.07   143.74   212.07   0.99
表3四种材料的热膨胀性能(线膨胀系数：10-6K-1)
  温度   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4
  20-100℃   21.85   21.30   21.43   21.35
  20-200℃   21.91   21.44   21.54   21.39
  20-300℃   22.48   22.45   22.05   21.75
从这四个实施例可以看出，准晶复合材料力学性能随着准晶颗粒的加入有了明显的提高，但塑性将降低，复合材料的线膨胀系数随着准晶颗粒的加入而呈现不断下降的趋势，这说明粉末热压的方法是制备具有良好的综合力学性能、具有较好尺寸稳定性的准晶颗粒增强镁基复合材料的一种有效途径。

Claims (8)

1、一种粉末热压法制备准晶颗粒镁基复合材料的方法，其特征在于，采用高压惰性气体雾化的方法制取准晶粉末，过筛后得到20-100μm的准晶粉末，经过真空热处理得到单一准晶相组成，准晶成分为：Al63Cu25Fe12，采用-100目的纯镁或镁合金镁粉末分别与准晶粉末混合均匀后冷压，然后将压制件随模具一起投入电阻炉进行加热保温，保温后进行热压，再进行热挤压，制备出准晶颗粒增强镁基复合材料。
2、根据权利要求1所述的粉末热压法制备准晶颗粒镁基复合材料的方法，其特征是，所述的准晶粉末，质量百分数为0-25％。
3、根据权利要求1所述的粉末热压法制备准晶颗粒镁基复合材料的方法，其特征是，所述的热压，参数为：热压温度550-650℃，保温时间为1-3小时，压制压力为290MPa。
4、根据权利要求1所述的粉末热压法制备准晶颗粒镁基复合材料的方法，其特征是，所述的热挤压，参数为：热挤压温度为420-550℃，保温时间40-60分钟，挤压比为10～16∶1。
5、根据权利要求1所述的粉末热压法制备准晶颗粒镁基复合材料的方法，其特征是，所述的冷压，冷压压力290MPa。
6、根据权利要求1所述的粉末热压法制备准晶颗粒镁基复合材料的方法，其特征是，所述的真空热处理，是指：在850℃经12小时真空热处理。
7、根据权利要求1所述的粉末热压法制备准晶颗粒镁基复合材料的方法，其特征是，在镁基复合材料的材质符合以下条件的前提下实施：基体材料成分为：MgaMbNc，其中，a+b+c＝100为重量百分比：86≤a≤100，0≤b≤13，0≤c≤1，M表示Si，Al，Cu，Zn中至少一种；N表示Ni，Fe，Cr中的一种或几种。
8、根据权利要求1所述的粉末热压法制备准晶颗粒镁基复合材料的方法，其特征是，模具中上下压头与外模紧密接触，避免压制件与外界空气的接触。
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