一种球形tc4颗粒增强az91镁基复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及球形TC4颗粒与AZ91基体界面反应的控制，使二者间有良好的界面结合，从而获得良好综合性能的复合材料。
【背景技术】
[0002]目前普遍采用陶瓷颗粒作为镁基复合材料的增强体，如SiC、B4C、TiC、TiC、Al203、Y2O3、T12、Mg2Si等，但是由于SiC等陶瓷相与基体之间的润湿性不好导致材料的性能不好。而钛和镁之间的润湿性特别好，且物理化学性质相似，因此本发明采用Ti颗粒作为复合材料的增强体，有望可以得到强度高和塑韧性好的镁基复合材料。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了提供一种制备TC4/镁基复合材料的新方法:将TC4颗粒加入到AZ91熔体中，使颗粒在重力下子沉降，控制沉降的时间，随后用水冷系统将熔体快速冷却，从而得到高体积分数且颗粒呈梯度分布的镁基复合材料。
[0004]本发明用自沉降的方法使颗粒在重力的作用下沉降，随后迅速水冷凝固，从而得到颗粒呈梯度分布的铸态复合材料，使材料能够更加适用于人们的需求。
[0005]本发明的一种球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的制备方法，它包括以下步骤:
[0006]一、TC4颗粒预热:将TC4颗粒在50?100°C下预热30?60min ；
[0007]二、半固态搅拌:首先将AZ91加热至560?620°C，使AZ91熔化至半固态状态，然后将步骤一预热的TC4颗粒以120g/min的速度加入到AZ91半固态熔体中，边加边搅拌，加完后再继续搅拌20?30min，得混合体；
[0008]三、超声处理:将步骤二得到的混合体进行超声处理，超声波频率为20kHz，超声时间为20?30min ；
[0009]四、自沉降:将步骤三超声处理后的混合物自然静置20?30min，使球形TC4颗粒沉降；
[0010]五、冷却:将步骤四中沉降处理的熔体冷却，获得铸态的复合材料，即完成所述的球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料。
[0011]本发明包含以下优点:
[0012]本发明采用自沉降法制备了钛合金颗粒增强镁基复合材料，将镁合金先升温后降温形成半固态，然后将事先预热好的钛合金颗粒倒入到半固态熔体中同时进行半固态搅拌，搅拌预定时间后把混合熔体升温至液态，随后进行超声波处理，并将熔体在水冷系统中冷却得到铸态复合材料。
[0013](I)本发明在制备过程中要对钛合金颗粒进行加热烘干，且预热温度为100°C?200°C，预热时间为20min?50min，这样既可以减少吸附在颗粒表面的气体量，提高颗粒与合金基体之间的润湿性，有利于颗粒的分散，又不至于使钛合金颗粒氧化严重，如果预热温度过高，就会使颗粒表面形成致密的T1Jl，这种陶瓷相就间隔了钛合金颗粒和基体之间的结合，会导致颗粒与基体之间界面结合较差；
[0014](2)本发明采用液态方法制备复合材料，这是因为钛颗粒和镁基体的润湿性很好，相比于用粉末冶金的方法，这种方法到的复合材料颗粒与基体间的界面结合较好。
[0015](3)本发明可以通过自沉降的方法使颗粒在重力的作用下沉降，并获得在高度方向上颗粒呈梯度分布的梯度复合材料。
[0016](4)本发明可以制备较高体积分数的复合材料。
【附图说明】
[0017]图1是本发明得到的TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的光学显微镜照片(OM)照片;
[0018]图2是本发明制备的TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的扫描电子显微镜的照片(SEM)照片；
[0019]图3是本发明制备的TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的拉伸试样的断口扫描(SEM)照片；
[0020]图4是本发明制备的TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料和AZ91合金的压缩试验曲线。
【具体实施方式】
[0021]【具体实施方式】一:本实施方式的一种球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的制备方法，它包括以下步骤:
[0022]一、TC4颗粒预热:将TC4颗粒在50?100°C下预热30?60min ；
[0023]二、半固态搅拌:首先将AZ91加热至560?620°C，使AZ91熔化至半固态状态，然后将步骤一预热的TC4颗粒以120g/min的速度加入到AZ91半固态熔体中，边加边搅拌，加完后再继续搅拌20?30min，得混合体；
[0024]三、超声处理:将步骤二得到的混合体进行超声处理，超声波频率为20kHz，超声时间为20?30min ；
[0025]四、自沉降:将步骤三超声处理后的混合物自然静置20?30min，使球形TC4颗粒沉降；
[0026]五、冷却:将步骤四中沉降处理的熔体冷却，获得铸态的复合材料，即完成所述的球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料。
[0027]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一中所述的颗粒预热温度为60°C?100°C。其它与【具体实施方式】一相同。
[0028]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一中所述的颗粒预热温度为70°C?100°C。其它与【具体实施方式】一相同。
[0029]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一中所述的颗粒预热温度为80°C?100°C。其它与【具体实施方式】一相同。
[0030]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一中所述的颗粒预热温度为90°C?100°C。其它与【具体实施方式】一相同。
[0031]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤二中将AZ91加热至570?610°C。其它与【具体实施方式】一相同。
[0032]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤二中将AZ91加热至580?600°C。其它与【具体实施方式】一相同。
[0033]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤二中将AZ91加热至590?600°C。其它与【具体实施方式】一相同。
[0034]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤二中所述的搅拌过程用十字型搅拌桨，搅拌速度为lOOOr/min。其它与【具体实施方式】一相同。
[0035]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤三中混合体进行超声处理前，先将步骤二中的混合体升温到690°C，然后再进行超声波处理。其它与【具体实施方式】一相同。
[0036]【具体实施方式】^^一:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤三中所述的超声处理的超声波频率为20kHz，超声时间为20min。其它与【具体实施方式】一相同。
[0037]【具体实施方式】十二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤四中所述的自沉降过程的温度为690°C，沉降时间为20min。其它与【具体实施方式】一相同。
[0038]【具体实施方式】十三:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤五中将混合物冷却过程利用的是循环水冷系统进行的。其它与【具体实施方式】一相同。
[0039]下面结合本发明的内容提供以下实施例:
[0040]实施例1:
[0041]取624g直径为109μπι-150μπι的TC4球形颗粒放到一个瓷质的杯子里，置杯子与100°C的电阻加热炉中保持30min ；
[0042]与此同时把质量为100g的AZ91合金在720°C熔化并逐步降温到580°C (半固态)；随后将搅拌桨伸到熔体液面下适当位置，启动搅拌桨，将预热好的颗粒取出缓慢加入到熔体中，这个过程要调整转速使颗粒能够顺利的进入到熔体中，待颗粒加完后匀速搅拌(1000r/min)，搅拌20min，然后把温度升高到690°C，停止搅拌；随后卸下搅拌桨，开始超声处理，预设超声波频率为20kHz，输出功率为700W，此过程进行20min ;随后将熔体在重力场中静置20min，最后迅速将承装熔体的坩祸放到水冷系统中冷却，该水冷系统利用的是循环水冷却，只需一分钟即可得到铸态的TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料。将复合材料放在扫描电镜和光学纤维镜下观察。
[0043]本实施例得到的TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的光学显微镜照片(OM)照片如图1所示；TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的扫描电子显微镜的照片(SEM)照片如图2所示；TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的拉伸试样的断口扫描(SEM)照片如图2所示；TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料和AZ91合金的压缩试验曲线如图4所示。
[0044]由上述可知，本实施例的方法能够制备出较高体积分数的复合材料。
【主权项】
1.一种球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤: 一、TC4颗粒预热:将TC4颗粒在50?100°C下预热30?60min ； 二、半固态搅拌:首先将AZ91加热至560?620°C，使AZ91熔化至半固态状态，然后将步骤一预热的TC4颗粒以120g/min的速度加入到AZ91半固态熔体中，边加边搅拌，加完后再继续搅拌20?30min，得混合体； 三、超声处理:将步骤二得到的混合体进行超声处理，超声波频率为20kHz，超声时间为 20 ?30min ； 四、自沉降:将步骤三超声处理后的混合物自然静置20?30min，使球形TC4颗粒沉降； 五、冷却:将步骤四中沉降处理的熔体冷却，获得铸态的复合材料，即完成所述的球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的颗粒预热温度为70°C?100°C。
3.根据权利要求2所述的一种球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的颗粒预热温度为80°C?100°C。
4.根据权利要求1所述的一种球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中将AZ91加热至570?600°C。
5.根据权利要求4所述的一种球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中将AZ91加热至580?600°C。
6.根据权利要求1所述的一种球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中所述的搅拌过程用十字型搅拌桨，搅拌速度为lOOOr/min。
7.根据权利要求1所述的一种球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中混合体进行超声处理前，先将步骤二中的混合体升温到690°C，然后再进行超声波处理。
8.根据权利要求1所述的一种球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中所述的超声处理的超声波频率为20kHz，超声时间为20min。
9.根据权利要求1所述的一种球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中所述的自沉降过程的温度为690°C，沉降时间为20min。
10.根据权利要求1所述的一种球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的制备方法，其特征在于步骤五中将混合物冷却过程利用的是循环水冷系统进行的。
【专利摘要】一种球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料的制备方法，它涉及一种增强AZ91镁基复合材料的制备方法。本发明的目的是为了提供一种制备TC4/镁基复合材料的新方法。本发明的方法为：一、TC4颗粒预热；二、半固态搅拌；三、超声处理；四、自沉降；五、冷却，即完成所述的球形TC4颗粒增强AZ91镁基复合材料。
【IPC分类】C22C1-10, C22C32-00, C22C1-02, C22C23-00
【公开号】CN104805318
【申请号】CN201510178251
【发明人】王晓军, 张春雷, 胡小石, 吴昆 , 郑明毅
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月15日