专利名称：微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，涉及一种微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料及其制 备方法。
背景技术：
目前金属材料领域中，对复合材料丝的作用越来越受到重视。陶国林在重庆工商大学学报2005第22卷第5期研究了石墨(碳)纤维增强 镁基复合材料。但是石墨(碳)纤维和镁存在界面反应，生成大量反应产物，形成聚集 的脆性相和界面反应产物脆性层，造成纤维等增强体严重损伤，材料的性能急剧下降。 200810035823. 2提出二氧化钛碳涂层碳纤维增强镁基复合材料。如果要解决界面反应问 题，可采取碳纤维涂层方式，但工艺复杂，成本高。严彪在上海钢研杂志2004年第3期讨论了 AlTi纤维增强镁基复合材料。选用 平均粒径100 μ m的镁合金粉末，采用粉末冶金技术制备镁合金和Al-Ti纤维，体积含量为 10%的增强镁合金试样。基体镁合金的具体成分(wt%)为Mg-16AI-5Zn-5Cu-3Re-l. 5Mn -1. ISi-O. 5Ti。在镁合金粉末中加人通过快速凝固制成的AI-Ti纤维，纤维中Al和Ti的含 量分别为62wt. %和38wt. %，纤维长度平均1. 5mm，截面接近四边形，边长0. 2-0. 4mm。将 镁合金粉末与Al-Ti纤维混合均勻，冷压成型后进行粉末烧结。烧结工艺为先将压坯加热 到150°C，保温0. 5小时，并对其加压，然后升温至450-500°C，加压并保温1. 5小时。整个 实验在氢气保护下进行。该技术采用金属纤维，即使出现界面反应，也不会严重损伤纤维等 增强体。但是所用AlTi纤维熔点低，在烧结过程中纤维容易熔入镁合金基体，起不到纤维 增强的作用。以上两种情况虽然都是用纤维增强镁合金，但是并非制造复合材料丝。CN200710158048. 5公开了一种铜/铝镁合金复合丝材及其制造方法，该方法包括 将铜带包覆在铝镁合金线材芯体上制成复合坯料，然后将复合坯料装入真空罐内进行罐式 真空退火处理；之后复合坯料进行多次拉拔，最后一次拉拔的同时、使复合丝材处于拉拔状 态下通过电加热箱进行烧炖式连续退火处理；烧炖式连续退火处理后，再经过多次拉拔，最 后将获得的多股成型丝材同时通入多个细管内进行管式在线退火处理，再将线头对应缠绕 在收线盘上获得最终产品；同时还公开了一种由该方法获得的复合丝材，本发明获得了技 术上的新突破，解决了现有技术中的难题，同时获得了丝材比重、延伸性率、导电性能、抗拉 强度均较为理想的铜/铝镁合金复合丝材。以上情况虽然涉及合金复合丝材及其制造方 法，但是并非镁基复合材料丝，而且工艺相对复杂。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种微晶钛基纤维增强镁合金复合丝 材料，该材料具有良好的性能。本发明的另一目的是提供微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料的制备方法，该制 备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料，该复合丝材料以镁合金为基体，在基 体上分布着微晶钛基纤维，微晶的大小为ο. 5-ΙΟμπι，微晶钛基纤维占复合材料的体积百分 比为 40-50% ；镁合金基体的化学成分的重量百分含量A1为5% 9%，Pb为0. 0. 9%， Ga 为 0. 003-0. 09 %，其余为 Mg ；微晶钛基纤维的化学成分的重量百分含量为A1为22% 28%，Cu为4% 8%， Sr 为 3% 6%，Sn 为 0. 05% 0. 09%, Sm 为 0. 003-0. 09%, Ga 为 0. 5% 1. 5%, Pr 为 0. 5% 2%，其余为Ti。上述微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料的制备方法，其特征在于它包括以下 步骤微晶钛基纤维的准备将占原料总重Al为22% 28%，Cu为4% 8%，Sr 为 3 % 6 %，Sn 为 0. 05 % 0. 09 %，Sm 为 0. 003-0. 09 %，Ga 为 0. 5 % 1. 5 %，Pr 为 0. 5% 2%，其余为Ti的原料置于带有加热装置的升液管内熔化而形成钛合金液；熔化温 度1780-180(TC，升液管下部套装有柱塞，柱塞在动力装置带动下可沿升液管上、下移动，柱 塞上移时可将升液管内液面抬高，从而便于转轮凸缘将合金液拽出，形成纤维，转轮采用轮 缘有凸缘的水冷铜合金转轮，合金液通过升液管与旋转的水冷铜合金转轮凸缘接触，水冷 铜合金转轮转轮凸缘将合金液拽出，形成钛基合金材料纤维，转轮凸缘的线速度为19_21m/ s ；转轮开转前开启转轮水冷系统，水冷系统进水温度小于30°C ；钛基合金材料纤维的直径 为10-45 μ m ；然后将钛基合金材料纤维成束；镁合金基体的准备按重量百分含量Al为5% 9%，Pb为0. 0.9%，Ga 为0. 003% -0. 09%，其余为Mg镁合金进行配料，然后在容器内于680-700°C熔化成镁合金 液；将上述钛基合金材料纤维成束穿过上述盛有680-700°C的镁合金液的容器中，钛 基合金材料纤维占镁合金基体的体积百分比为40-50 %，保持2-5min后，通过内孔直径为 l-3mm的氧化铝陶瓷管抽出来，便形成直径为l_3mm的微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材 料。本发明相比现有技术的有益效果如下微晶钛基纤维中的Al、Cu、Sr、Sn、Sm、Ga、Pr元素共同作用可保证钛合金液与旋转 的钼合金转轮接触时能形成非晶组织；Al、Sn、Ga、Pr元素共同作用可保证在复合材料渗入 成型时促进合金从非晶向微晶转变；Cu、Pr元素可抑止晶粒的长大。镁合金中Al、Pb、Ga元素能促进镁合金和微晶钛基纤维良好的界面结合。本发明的合金性能见表1。合金制备工艺简便，生产的合金材料性能好，而且生产成本低，非常便于工业化生产。
四
图1为本发明实施例一制得的微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料的金相组织。图1可以看到在镁合金基体上分布有细小的微晶钛基纤维。
4五具体实施例方式以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg 或其它重量单位。实施例一微晶钛基纤维的准备按重量百分含量为A1为22%，Cu为4%，Sr为3%，Sn为0. 05%, Sm为0. 003， Ga为0. 5%，Pr为0. 5%，其余为Ti进行配料；将原料置于带有加热装置的升液管内熔化 而形成钛合金液；熔化温度1780-180(TC，升液管下部套装有柱塞，柱塞在动力装置带动下 可沿升液管上、下移动，柱塞上移时可将升液管内液面抬高，从而便于转轮凸缘将合金液拽 出，形成纤维，转轮采用轮缘有凸缘的水冷铜合金转轮，合金液通过升液管与旋转的水冷铜 合金转轮凸缘接触，水冷铜合金转轮转轮凸缘将合金液拽出，形成钛基合金材料纤维，转轮 凸缘的线速度为19-21m/s ；转轮开转前开启转轮水冷系统，水冷系统进水温度小于30°C ； 钛基合金材料纤维的直径为10-45 μ m ；然后将钛基合金材料纤维成束；镁合金基体的准备按重量百分含量Al为5%，Pb为0. 1%，Ga为0.003%，其余为Mg进行配料；原 料在容器内于680-70(TC熔化成镁合金液；将上述钛基合金材料纤维成束穿过上述盛有680-700°C的镁合金液的容器中，控 制钛基合金材料纤维占镁合金基体的体积百分比为45% (根据每束纤维的根数和直径，以 及抽出后的直径即可控制)，保持2-5min后，通过内孔直径为l_3mm的氧化铝陶瓷管抽出 来，便形成直径为l_3mm的微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料。即得微晶钛基纤维占基 体的体积百分比为40-50%的微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料。实施例二 镁合金基体的准备按重量百分含量A1为9 %，Pb为0. 9 %，Ga为0. 09 %，其余为Mg进行配料；微晶钛基纤维的准备按重量百分含量为A1为28%，Cu为8%，Sr为6%，Sn为0.09%，Sm为0.09%， Ga为1.5%沖1~为2%，其余为Ti进行配料；微晶钛基纤维占基体的体积百分数为50%。其余制备过程同实施例一。实施例三微晶钛基纤维的准备按重量百分含量为A1为 25 %，Cu 为 6 %，Sr 为 5 %，Sn 为 0. 07 %，Sm 为 0. 009 %， Ga为0.9%，Pr为1%，其余为Ti进行配料；镁合金基体的准备 按重量百分含量A1为7 %，Pb为0. 6 %，Ga为0. 0035 %，其余为Mg进行配料；微晶钛基纤维占基体的体积百分数为40%。其余制备过程同实施例一。实施例四(原料各成份配比不在本发明配比范围内的实例)
镁合金基体的准备按重量百分含量A1为4%，Pb为0. 05 %，Ga为0. 002 %，其余为Mg进行配料；微晶钛基纤维的准备按重量百分含量为A1为21%，Cu为3%，Sr为2%，Sn为0. 04%, Sm为0. 002， Ga为0.4%，Pr为0.4%，其余为Ti进行配料；微晶钛基纤维占基体的体积百分数为40-50%。其余制备过程同实施例一。实施例五(原料各成份配比不在本发明配比范围内的实例)镁合金基体的准备按重量百分含量A1为10%，Pb为l%，Ga为0. 1%，其余为Mg进行配料；微晶钛基纤维的准备按重量百分含量为=Al为29%, Cu为9%，Sr为7%，Sn为0. 1 %，Sm为0. 1 %，Ga 为1. 8%，Pr为3%，其余为Ti进行配料；微晶钛基纤维占基体的体积百分数为40-50%。其余制备过程同实施例一。表 权利要求
一种微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料，该复合丝材料以镁合金为基体，在基体上分布着微晶钛基纤维，微晶的大小为0.5 10μm，微晶钛基纤维占复合材料的体积百分比为40 50％；镁合金基体的化学成分的重量百分含量Al为5％～9％，Pb为0.1％～0.9％，Ga为0.003 0.09％，其余为Mg；微晶钛基纤维的化学成分的重量百分含量为Al为22％～28％，Cu为4％～8％，Sr为3％～6％，Sn为0.05％～0.09％，Sm为0.003 0.09％，Ga为0.5％～1.5％，Pr为0.5％～2％，其余为Ti。
2.一种微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤微晶钛基纤维的准备将占原料总重Al为22% 28%，Cu为4% 8%，Sr为3% 6%, Sn 为 0. 05 % 0. 09 %，Sm 为 0. 003-0. 09 %，Ga 为 0. 5 % 1. 5 %，Pr 为 0. 5 % 2%，其余为Ti的原料置于带有加热装置的升液管内熔化而形成钛合金液；熔化温度 1780-1800°C，合金液通过升液管与旋转的水冷铜合金转轮凸缘接触，水冷铜合金转轮转轮 凸缘将合金液拽出，形成钛基合金材料纤维，转轮凸缘的线速度为19-21m/s ；转轮开转前 开启转轮水冷系统，水冷系统进水温度小于30°C ；钛基合金材料纤维的直径为10-45μπι; 然后将钛基合金材料纤维成束；(两粉体处称法要一致吗)不明白你的问题？ ？ ？镁合金基体的准备按重量百分含量Al为5% 9%，Pb为0. 0.9%，Ga为 0. 003% -0. 09%，其余为Mg镁合金进行配料，然后在容器内于680-700°C熔化成镁合金 液；将上述钛基合金材料纤维成束穿过上述盛有680-700°C的镁合金液的容器中，钛基合 金材料纤维占镁合金基体的体积百分比为40-50%，保持2-5min后，通过内孔直径为l_3mm 的氧化铝陶瓷管抽出来，便形成直径为l_3mm的微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料。
全文摘要
本发明提供一种轻质微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料及其制备方法。其制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。复合丝材料以镁合金为基体，在基体上分布着微晶钛基纤维，微晶钛基纤维占复合材料的体积百分比为40-50％；镁合金基体的化学成分的重量百分含量Al为5％～9％，Pb为0.1％～0.9％，Ga为0.003-0.09％，其余为Mg；微晶钛基纤维的化学成分的重量百分含量为Al为22％～28％，Cu为4％～8％，Sr为3％～6％，Sn为0.05％～0.09％，Sm为0.003-0.09％，Ga为0.5％～1.5％，Pr为0.5％～2％，其余为Ti。
文档编号C22C49/04GK101942621SQ20101022020
公开日2011年1月12日 申请日期2010年7月6日 优先权日2010年7月6日
发明者王玲, 赵浩峰, 陶诏灵 申请人:南京信息工程大学