一种碳化硅增强镁合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种高强儀合金及其制备方法，尤其是一种碳化娃增强儀合金及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 儀合金是一种密度非常小的的金属材料，目前已经在手持电子设备、汽车、航空航 天等领域中应用。作为工程材料，人们通常期望高强度的材料，但是，由于儀合金的原子结 构特点，其塑性差，传统的加工手段不能得到高强度的儀合金。
[0003] 中国专利104109790A提供了一种高强儀合金材料及其制备方法，该儀合金材料组 分中包含侣(A1)，锋(Zn)，氯化儘(MnCh)，碳化娃(SiC)晶粒，被(Be)，儀(Mg)，其中，儀合金 材料各组分组成按重量百分比分别为:侣(A1) :10.5-12%，锋(Zn) :6-7%，氯化儘(MnCh): 0.6-1.5%，碳化娃(SiC)晶粒:2-3.5%，被(Be) :0.01-0.03%，余量为儀(Mg)。该合金通过 连续铸造的方式取代传统的挤压工艺，W短流程的方式完成儀合金的生产，缩短了生产流 程，节约了成本，所制备的儀合金材料相比于传统的儀合金材料，在抗拉强度、屈服强度、延 伸率、弹性模量、硬度等方面均得到明显改善。
[0004] 中国专利102766774A提供了一种儀合金渗杂SiC颗粒的增强方法，针对儀合金模 量低、强度低、易磨损、耐高溫性能差、热膨胀系数高的情况，采用在烙炼儀合金块过程中渗 杂细碳化娃和粗碳化娃颗粒，然后进行诱铸、加压和热挤压成型，大幅度提高儀合金的屈服 强度、硬度和耐磨性能，使屈服强度达328M化±2M化，硬度达120HV±5HV，耐磨性提高了 80%，此方法工艺先进新颖，数据准确翔实，增强效果好，是十分理想的儀合金渗杂SiC颗粒 的增强方法。
[000引中国专利103320631A提供了一种儀合金渗杂SiC颗粒的增强方法，其使用的化学 物质材料为:儀合金块、细碳化娃、粗碳化娃、氨氣酸、去离子水、六氣化硫、二氧化碳。儀合 金渗杂SiC颗粒的增强方法如下：（1)精选化学物质材料:对使用的化学物质材料进行精选， 并进行质量纯度、浓度控制；（2)预处理碳化娃；（3)烙铸儀合金、渗杂SiC颗粒烙炼儀合金、 渗杂SiC颗粒是在烙炼相蜗中进行的，是在加热、揽拌、气体保护下完成的；（4)诱铸成锭、加 压凝固；巧)热挤压儀合金复合材料铸锭的热挤压是在热挤压机上进行的，是在圆筒形模具 内、在加压过程中完成的；（6)冷却将经过热挤压的儀合金复合材料棒，埋入细砂中，使其自 然冷却至25°C; (7)清理将热挤压、冷却后的儀合金复合材料棒用砂纸打磨，使表面光洁； (8)检测、分析和表征对制备的儀合金复合材料棒的色泽、显微组织、力学性能、耐磨性进行 检测、分析和表征;结论:渗杂SiC颗粒的儀合金复合材料棒为银白色，显微组织致密，细SiC 颗粒和粗SiC颗粒在儀合金棒中分布均匀，屈服强度达320M化±2M化，硬度达120HV±5HV， 耐磨性提高80%。
[0006] W上发明都致力于提高儀合金的性能特别是强度性能，不过，目前的制备工艺生 产的儀合金的屈服强度都在400MPaW下，一般在200-350MPa范围内，其强度相对于目前常 用的工程材料还有较大的差距。
[0007]
【发明内容】
： 发明目的:为了拓展儀合金的应用领域，发挥其低密度的有点，本发明提供了一种高强 度儀合金及其制备方法。
[0008] 本发明的技术方案如下： 采用纳米颗粒增强的方法，在烙炼的过程中向儀合金中渗入SiC纳米颗粒，分散均匀， 缓慢冷却并抽真空让纳米颗粒进一步提高浓度，然后在高压下采用扭曲变形的方式，进一 步细化晶粒，提高合金的强度。根据本发明，可W制备一种纳米颗粒增强的高强儀合金。其 显微组织中的平均晶粒直径在100纳米W下，纳米颗粒的直径在200纳米W下，儀合金的屈 服强度在400MPaW上。
[0009] 具体制备方法包括W下步骤： (1) 准备原料:准备99.9%W上的高纯儀与高纯锋，W及平均粒径200纳米W下的纳米 SiC； (2) 烙炼合金:将高纯儀与锋按照一定的原子比例配料，在保护气氛中烙炼，烙炼过程 中加入纳米SiC，保持溫度在700 ° C，采用超声的方法进行分散； (3) 对合金锭进行缓慢冷却，在冷却的过程中保持抽真空状态，真空度低于5torr; (4) 冷却后，将合金锭加工成圆盘状； 巧)将步骤（4)处理的粗晶合金圆盘放入上、下两个压化中的凹槽形成的空间内，对 合金施加高压，并旋转压化W扭转合金圆盘，使之发生扭曲形变。
[0010] 其中，步骤（1)中的保护气体为C〇2与Sro的混合气体，步骤(3)中，7令却速度小于每 秒0.化;步骤巧）中合金承受的压力为1.5-5G化;旋转速度每分钟2~5转，一共旋转3-20圈。
[0011] 作为优选，C〇2与sro的体积比的范围是50:1~100:1; 作为优选，高纯儀与锋的原子比例为3~6:1; 作为优选，步骤(2)中所加入的SiC颗粒占合金的质量分数为1.5~5%; 作为优选，所采用的碳化娃的颗粒度平均为60-120纳米。
[001引有益的效果： 本发明采用高强度的纳米碳化娃的颗粒作为增强颗粒，不仅可W起到细化晶粒的作 用，而且可W作为位错运动的障碍，阻止金属的位错移动，从而强化金属；同时，细化晶粒能 够起到改善合金塑性的作用。
[0013] 本发明采用高溫金属液体状态下进行超声分散，有效解决了纳米颗粒在金属中很 难分散均匀的问题。在液态金属状态下使用超声分散，可W将纳米颗粒分散均匀，W解决传 统混合、揽拌等技术中纳米颗粒分散不好的缺陷。烙炼后采用缓慢冷却，同时保持真空度， 可W使儀的金属蒸汽不断地被抽出，降低合金中儀的含量，从而提高合金中纳米颗粒的体 积分数，进一步增强纳米颗粒强化的效果。在本发明中，虽然加入的儀锋比例为3~6:1，但是 最终得到的合金中，儀锋的原子比例在3:1至1.5:1之间。
[0014] 在施加高压扭曲形变的过程中，合金基体中较大的晶粒被分解成更细小的纳米晶 粒。最终合金的平均晶粒直径一般在100纳米W下，根据霍尔-配奇关系，晶粒变得细小，可 W使得合金的强度更高，同时，也可W改善合金的塑性。通过本发明制备的儀合金，其屈服 强度可W高达400MPaW上，可W应用于汽车轻量化工程、航天航空工程等领域。儀合金的平 均晶粒在100纳米W下，合金的屈服强度在400MPa W上。
[0015]
【具体实施方式】 下面通过实施例详细描述本发明的制备方法，但不构成对本发明的限制。
[0016] 实施例1 (1) 准备原料:准备99.9%w上的高纯儀与高纯锋，W及平均粒径为110纳米