一种采用Al-Ti-X自蔓延体系制备无铝镁基复合材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金技术领域，涉及一种镁基复合材料的制备方法，特别涉及一种采用Al-T1-X自曼延体系制备无招儀基复合材料的方法。
【背景技术】
[0002]与镁合金相比，镁基复合材料在强度、硬度及耐磨性等方面具有明显的优势。近年来，由于镁基复合材料在减重领域尤其是在汽车和航空工业上的巨大潜力，备受材料研究工作者和制造者的青睐。
[0003]由于相对简单的制备工艺及各向同性的特点，颗粒增强镁基复合材料已成为镁基复合材料中重要研究方向。传统上，增强颗粒是由外加的方式直接引入合金熔体中，在这种情况下颗粒的尺寸一般较大且颗粒与基体的界面不是十分洁净。幸运的是，这些缺点能够被原位颗粒生成技术所改善。姜启川的专利(CN1138009C和CN1223691C)利用Al-T1-X预制块在镁合金熔体内、外的自蔓延高温合成技术制备出含原位TiC、TiB2增强颗粒的镁基复合材料。
[0004]然而，作为一种副产品，残余Al是Al-T1-X预制块自蔓延高温合成反应的必然产物;而在无Al镁合金(如Mg-Zn系合金)中通常采用Zr作为细化剂，如果直接将Al-T1-X自蔓延体系引入无Al镁合金中，会形成Al3Zr相造成Zr细化剂的中毒。因此，Al-T1-X自蔓延体系至今仍无法在无Al镁合金中得到应用。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明提供一种采用Al-T1-X自蔓延体系制备无铝镁基复合材料的方法，该方法解决了Al-T1-X自蔓延体系无法应用在无铝镁合金中的问题，消除Al-T1-X自蔓延体系中残余Al对镁基复合材料中Zr毒化作用的影响，扩大Al-T1-X自蔓延体系在镁基复合材料中的应用。
[0006]为了达到上述目的，本发明的技术方案为:
[0007]—种采用Al-T1-X自蔓延体系制备无铝镁基复合材料的方法，具体包括以下步骤:
[0008]步骤一，熔炼镁基熔体得到镁液，但不添加Zr元素；
[0009]步骤二，选择Al-T1-X自蔓延体系，采用自蔓延高温合成法原位合成含增强颗粒的儀基复合材料恪体;所述的Al-T1-X自曼延体系为Al-T1-B或Al-T1-C;所加入的自曼延体系的预制块与镁基熔体的质量比为I?20:100。所述的自蔓延高温合成法为:将预制块在真空或有高纯氩保护气氛的加热装置内点燃自蔓延反应后加入镁液中；或将预制块加入镁液中后，利用镁液温度点燃自蔓延反应。
[0010]步骤三，向镁基复合材料熔体添加Y(钇)元素并进行充分搅拌，使Y(钇)元素消耗自蔓延体系反应后残余的Al元素。Y元素与残余Al元素的原子比为1.0?1.1: 2;
[0011]步骤四，再将Zr元素加入步骤三处理后的镁基复合材料熔体内，并充分搅拌。保温静置后，浇注成型，获得原位颗粒增强镁基复合材料。
[0012]本发明巧妙的通过Y元素合金化的方法，在Al-T1-X预制块通过自蔓延高温合成法原位合成含增强颗粒的镁基复合材料熔体后，添加Y元素消除Al-T1-X自蔓延体系产物中的残余Al，并在镁基复合材料基体中形成Α12Υ、Α1ηΥ3等有益相，又由于Α12Υ、Α1ηΥ3等相一旦生成即可稳定存在，随后在合金中添加的Zr元素不会发生中毒现象，仍可以起到很好的细化作用，从而解决残余Al对Zr毒化作用这一技术难题。该方法不但扩大了 Al-T1-X自蔓延体系在无铝镁合金中的应用，而且制备工艺简单，生产成本低，适于规模化生产。
[0013]本发明与目前已有的技术相比具有以下突出特点:
[0014]I)工艺相对简单，易于推广应用，进行规模化商业生产。本发明的特征在于成功地制备出原位颗粒增强无铝镁基复合材料，并保证了Zr元素的细化能力，在Α12Υ、Α1ηΥ3等有益相的作用下，进一步提升了镁合金的机械性能。
[0015]2)本发明制备出的镁基复合材料可以用于半固态重熔或进行二次变形加工，因此浇注得到的铸坯(件)可以作为压铸镁合金的半固态坯料或高性能变形镁合金的原始坯料。
【具体实施方式】
[0016]实施例1:
[0017]步骤一，利用镁锭、锌锭熔炼Mg_6Zn镁基熔体；
[0018]步骤二，选择Al-T1-B自蔓延体系，在真空加热装置内点燃自蔓延反应，原位合成TiB2增强颗粒，然后将反应后的Al-T1-B预制块加入到镁液当中制备成Mg-6Zn镁基复合材料熔体;所加入的自蔓延预制块的量与镁基熔体质量比为10:100;
[0019]步骤三，向镁基复合材料熔体添加Y元素并进行搅拌，使其消耗Al-T1-B体系反应后残余的Al元素，得到复合材料熔体;Y元素与残余Al元素的原子比为1: 2。
[0020]步骤四，再将Zr元素加入复合材料熔体内，并充分搅拌。保温静置后，浇注成型，获得原位TiB2颗粒增强ZK60镁基复合材料。
[0021]实施例2:
[0022 ]步骤一，利用镁锭、锌锭熔炼Mg_8Zn镁基熔体；
[0023 ]步骤二，选择Al -T 1-C自蔓延体系，将Al -T 1-C预制块直接加入到镁液当中，利用镁液高温点燃自蔓延反应，原位合成TiC增强颗粒，这样便获得了 Mg-SZn镁基复合材料熔体；所加入的自蔓延预制块的量与镁基熔体质量比为4:100;
[0024]步骤三，向镁基复合材料熔体添加Y元素并进行搅拌，使其消耗Al-T1-C体系反应后残余的Al元素。Y元素添加量与残余Al元素的原子比为1.1:2。
[0025]步骤四，再将Zr元素加入复合材料熔体内，并充分搅拌。保温静置后，浇注成型，获得原位TiC颗粒增强ZK80镁基复合材料。
【主权项】
1.一种采用Al-T1-X自蔓延体系制备无铝镁基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，熔炼镁基熔体得到镁液，不添加Zr元素； 步骤二，选择Al-T1-X自蔓延体系，采用自蔓延高温合成法原位合成含增强颗粒的镁基复合材料恪体;所述的Al-T1-X自曼延体系为Al-T1-B或Al-T1-C;所述的自曼延体系的预制块与镁基熔体的质量比为I?20: 100; 步骤三，向镁基复合材料熔体内添加Y元素，充分搅拌，消耗Al-T1-X自蔓延反应后残余的Al元素;所述的Y元素与残余Al元素的原子比为1.0?1.1: 2; 步骤四，将Zr元素加入步骤三处理后的镁基复合材料熔体内，充分搅拌，保温静置后浇注成型，获得原位颗粒增强的无铝镁基复合材料。2.根据权利要求1所述的一种采用Al-T1-X自蔓延体系制备无铝镁基复合材料的方法，其特征在于，所述的自蔓延高温合成法为:预制块在真空或氩气保护的加热装置内点燃自蔓延反应后，加入镁液中；或预制块加入镁液中，利用镁液温度点燃自蔓延反应。
【专利摘要】本发明提供一种采用Al-Ti-X(X为B元素或C元素)自蔓延体系制备无铝镁基复合材料的方法，该方法解决了Al-Ti-X自蔓延体系无法应用在无铝镁合金中的问题，制备过程如下：不添加Zr元素，熔炼无铝镁基熔体；选择Al-Ti-B或Al-Ti-C自蔓延体系，采用自蔓延高温合成法原位合成含增强颗粒的镁基复合材料熔体；向镁基复合材料熔体添加Y元素，使其消耗Al-Ti-X体系反应后的残余Al，消除残余Al对Zr的毒化作用；再将Zr元素加入镁基复合材料熔体内；最后将复合材料熔体浇注成型，得到原位颗粒增强无铝镁基复合材料。该技术工艺简单，生产成本低，适于规模化生产。
【IPC分类】C22C1/10, C22C23/00
【公开号】CN105603240
【申请号】CN201610041932
【发明人】房灿峰, 刘光旭, 闻志恒, 郝海, 孟令刚, 张兴国
【申请人】大连理工大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月21日