专利名称：原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合材料技术领域的制备方法，特别是一种原位合成颗粒 增强镁基复合材料的制备方法。
技术背景镁基复合材料具有高比强度，高比刚度，高耐磨性和优良的阻尼性能，在 航空、汽车等领域有着广泛的应用前景。常规外加增强相制备镁基复合材料的 方法存在着外加增强相与基体的结合较差，增强相易偏聚等缺点，降低了材料 的性能。针对这些情况，近年来发展了原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备 方法。它的基本原理是在一定条件下，通过元素之间或元素与化合物之间的化 学反应，在金属基体内原位合成一种或几种高硬度、高弹性模量的陶瓷增强相， 从而达到强化金属基体的目的。经对现有技术的文献检索发现，围绕镁基复合材料的制备方法有不少文献 报道，如中国专利申请号03116168.5，名称为"制备颗粒增强镁基复合材料 的工艺"。该专利的技术特点在于将预制块在真空加热装置内烧结，单独合成 镁基复合材料的增强相，再加入镁熔体中进行搅拌浇注，得到颗粒增强镁基复 合材料。但是该工艺包括中间相的单独合成，中间相载体在镁熔体中的溶解扩 散以及增强颗粒的弥散分布，上述制备过程中如果工艺控制不当，容易导致复 合材料的性能下降。发明内容本发明为了克服现有技术的不足和缺陷，提供一种原位合成颗粒增强镁基 复合材料的制备方法。本发明通过反应预制块和镁合金在惰性气体保护下发生 原位合成反应，并借助搅拌技术，制备出增强相颗粒细小，分布均匀，与基体 界面结合良好，力学性能优异的原位颗粒增强镁基复合材料。本发明是通过以下技术方案实现的，包括如下步骤第一步，将Al粉、Ti粉和B粉配制混合,Al粉含量为粉末总量的0wt%-50wt%， Ti和B的原子比在0.4-0.6之间。 第二步，将配制好的粉末进行球磨。 所述球磨，其时间为0.5小时-24小时。 第三步，把经过球磨后的粉末压制成预制块。 所述预制块，其紧实率为理论密度的70%-95%。第四步，将压制得到的预制块和镁合金锭放入真空加热装置中。反应室内 抽真空后通入惰性气体，加热，保温。 所述加热，其温度为700'C-900°C, 所述保温，其时间为0.5小时-2小时。第五步，将反应得到的熔体进行搅拌，搅拌后静置，浇注成型。所述搅拌，其温度为700°C-800'C，时间为10分钟-60分钟，搅拌速度为 200r / min-1000r / min。与目前己有的技术相比，本发明具有工艺相对简单，易于控制，制备成本 低等特点。本发明以镁合金和A1、 Ti和B粉末为原材料，采用原位反应法合成 TiB2陶瓷增强颗粒并结合搅拌铸造的制备方法。传统外加法制备复合材料时，增 强相的尺寸受限制，增强相与基体结合不好，增强相分布不均匀，本发明中的 增强相颗粒是通过化学反应在镁合金基体内原位合成的并辅以搅拌，因而制备 的镁基复合材料增强相颗粒细小，分布均匀，与基体界面结合良好，增强效果 显著。并且镁合金内部原位生成的TiB2陶瓷增强相弹性模量为530GPa，远高于 镁铝合金的弹性模量45GPa， TiB2/Mg复合材料密度保持在在1. 8-2. 0g/cm3之间， 因此具有轻质、高强、高模量等特点，可以广泛应用于交通运输业和国防工业。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提 下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围 不限于下述的实施例。实施例一采用Al粉、Ti粉和B粉作为预制块原料，Al粉含量为粉末总量的30wt%， 余量为Ti粉和B粉。Ti和B的原子比为0. 4。将上述的粉末经过12小时球 磨。把球磨后的粉末压制成预制块，预制块紧实率为理论密度的85%。压制得到的预制块和AZ91镁合金放在真空加热装置中，反应室内抽真空后通入惰性气 体，加热至700'C，保温2小时。然后把得到的熔体在70(TC进行搅拌，搅拌速 度为500r / min。搅拌30分钟后，静置浇注。制备得到质量百分数为10%的TiB2 增强镁基复合材料。材料的抗拉强度大于300MPa。实施例二采用Ti粉和B粉作为预制块原料。Ti和B的原子比为0. 5。将上述的粉末 球磨24小时。把球磨后的粉末压制成预制块，预制块紧实率为理论密度的95 %。压制得到的预制块和纯镁放在真空加热装置中，反应室内抽真空后通入惰 性气体，加热至900'C，保温1.5个小时。然后把得到的熔体在720'C进行搅拌， 搅拌速度为1000r/min。搅拌10分钟后，静置浇注。制备得到5wt^的TiB2增 强镁基复合材料。材料的抗拉强度大于270MPa。实施例三采用Al粉、Ti粉和B粉作为预制块原料，Al粉含量为粉末总量的50wt%， 余量为Ti粉和B粉。Ti和B的原子比为0.6。球磨0.5小时。把球磨后的粉 末压制成预制块，预制块紧实率为理论密度的70%。压制得到的预制体和ZM5 镁合金放在真空加热装置中，反应室内抽真空后通入惰性气体，升温至800'C, 保温0. 5个小时。然后把得到的熔体在800'C进行搅拌，搅拌速度为200r / min。 搅拌60分钟后，静置浇注。制备得到质量百分数为10X的TiB2增强ZM5镁基复 合材料。材料的抗拉强度大于300MPa。
权利要求
1、一种原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，将Al粉、Ti粉和B粉配制混合，Al粉含量为粉末总量的0wt％-50wt％，Ti和B的原子比在0.4-0.6之间；第二步，将配制好的粉末进行球磨；第三步，把经过球磨后的粉末压制成预制块；第四步，将压制得到的预制块和镁合金锭放入真空加热装置中，反应室内抽真空后通入惰性气体，加热，保温；第五步，将反应得到的熔体进行搅拌，搅拌后静置，浇注成型。
2. 根据权利要求1所述的原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其 特征是所述的球磨，其时间为0.5小时-24小时。
3. 根据权利要求1所述的原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其 特征是所述的预制块，其紧实率为理论密度的70%-95%。
4. 根据权利要求1所述的原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其 特征是所述加热，其温度为700'C-90(TC。
5. 根据权利要求1所述的原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其 特征是.*所述的保温，其时间为0. 5小时-2小时。
6. 根据权利要求1所述的原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其 特征是所述的搅拌，其温度为700。C-800。C。
7. 根据权利要求1或6所述的原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备方法， 其特征是所述的搅拌，其时间为10分钟-60分钟。
8. 根据权利要求1或6所述的原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备方法, 其特征是所述的搅拌，其速度为200r/min -1000r/min。
全文摘要
本发明公开一种原位合成颗粒增强镁基复合材料的制备方法，步骤为将Al粉、Ti粉和B粉配制混合，Al粉含量为粉末总量的0wt％-50wt％，Ti和B的原子比在0.4-0.6之间；将配制好的粉末进行球磨；把经过球磨后的粉末压制成预制块；将压制得到的预制块和镁合金锭放入真空加热装置中。反应室内抽真空后通入惰性气体，加热，保温；将反应得到的熔体进行搅拌，搅拌后静置，浇注成型。本发明制备出增强相颗粒细小，分布弥散均匀，与基体界面结合良好，力学性能优异的原位颗粒增强镁基复合材料。本发明工艺相对简单，成本低，可以广泛应用于交通运输业和国防工业。
文档编号C22C1/05GK101215649SQ20071017327
公开日2008年7月9日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者荻 张, 张从发, 玮 曹, 范同祥 申请人:上海交通大学