专利名称：一种原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法，特别是一种采用超 声化学法制备原位颗粒增强镁基复合材料的方法。
背景技术：
近年来，由于对环境、能源等问题的关注，镁基复合材料研究成为材料领域 的热点。镁基复合材料具有高的比强度、比刚度，良好的铸造性和尺寸稳定性， 抗电磁干扰及屏蔽性好，有良好的阻尼性能，减振性能好，对环境影响小，无污 染，其废料回收利用率高达85 %，因此在航天航空、汽车、计算机、网络、通 讯等领域有广泛的应用前景。目前制备镁基复合材料主要是应用外加颗粒或纤维 来增强。但是外加增强颗粒制备的复合材料中增强相的粒度大，颗粒与基体的润 湿性较差，复合材料力学性能比较差；纤维增强的复合材料制备工艺复杂，成本 比较高，在实际生产应用中受到限制。原位制备复合材料是近年来发展起来的制 备方法，它具有制备的增强颗粒粒度细小，界面结合好，材料综合性能高的特点， 在制备铝基复合材料方面取得了比较多的成功。
经对现有技术的文献检索发现，镁基复合材料的制备方法已经有不少文献报 道，如中国专利号CN101148722，名称为"原位自生氮化铝和镁二硅增强镁 基复合材料及其制备方法"。该专利的技术特点在于通过将搅拌铸造法和原位反 应法结合起来，制备轻质、高强、高弹性模量的镁基复合材料。但是，仅仅利用 搅拌熔体的方法不能细化增强相，同时增强相在基体中的分布也不均匀，所以这 种制备方法具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种原位颗粒增强镁基复合材料 的制备方法。在制备过程中利用超声波作用于熔体，利用声空化和声流所引发的 力学效应中的搅拌、分散、除气、冲击破坏、疲劳损坏作用以及热学效应中整体 加热、边界处的局部加热作用，细化复合材料的铸态组织，提高复合材料的力学 性能。
本发明是通过以下技术方案实现的，将Al-Si中间合金加入到熔融的镁合金 中，然后利用高能超声作用于熔体，最后将熔体静置后浇注成型。
本发明所涉及的原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法，包含以下步骤
(1) 在SF6和C02混合气体保护条件下，将镁铝合金原材料完全熔化；
(2) 然后把A1-Si中间合金压入镁铝熔体中，升温并保温，以保证Si与镁 铝合金熔体中的Mg完全反应，同时将超声探头插入熔体中进行处理；
(3) 处理完成后，去除表面的浮渣，并浇铸于金属模具中，得到原位Mg2Si 自生颗粒增强镁基复合材料。
步骤(1)中，所述的熔化，其温度控制在680 72(TC。 步骤(1)中，所述的SF6和C02混合气体，其中SFs体积占1~3%， C02 为余量。
步骤(2)中，所述的升温，其温度升至700 74(TC。 步骤(2)中，所述的保温，其时间为10 20分钟。 步骤(2)中，所述的超声处理，其功率控制在0.4 2.0KW。 步骤(2)中，所述的超声处理，其处理时间为5 15分钟，处理方式为连续 处理。
本发明的有益效果体现在本发明以AZ91镁合金和Al-Si合金为原材料， 采用高能超声和原位反应相结合的方法，成功制备了 Mg2Si颗粒增强镁基复合材 料。由于Mg2Si颗粒是在超声处理过程中通过化学反应在镁合金基体内原位生成 的，与基体的界面相容性好，增强相的颗粒尺寸可控，增强相分布均匀等特点， 因而制备的镁基复合材料具有良好的力学和物理性能；有效地避免了传统外加法 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 匀等问题；超声化学方法的采用，还使为Mg2Si相由原来的汉字状和尖角状转变 成了颗粒状，同时颗粒的尺寸得到了细化，.为制备镁基复合材料开辟了一条新的 途径。
图1是实施例1的Mg2Si颗粒增强镁基复合材料的组织照片
具体实施例方式
本发明的实施例以本发明技术方案为前提进行实施，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l
在3vol.% SF6+97vol.% C02混合气体保护的条件下，将AZ91D合金锭 (80wt.%)在68(TC完全熔化，然后把Al-Si中间合金(20wt.%)压入熔体中， 接着将温度升高到700°C，并保温20分钟，将超声探头插入熔体中进行处理， 超声功率设定为2KW，连续处理5分钟。最后去除表面的浮渣后浇铸于金属模 具中凝固后得到11voP/。Mg2Si/AZ91D复合材料。所得原位Mg2Si颗粒增强镁基 复合材料的组织照片如图1，其室温拉伸强度为230MPa， 15(TC拉伸强度为 202MPa。
实施例2
在2vol.% SF6+98vol.% C02混合气体保护的条件下，将AZ91D合金锭 (85wt.%)在700。C完全熔化，然后把A1-Si中间合金(15wt.%)压入熔体中， 接着将温度升高到720°C，并保温15分钟，将超声探头插入熔体中进行处理， 超声功率设定为1.6KW，连续处理8分钟。最后去除表面的浮渣后浇铸于金属 模具中凝固后得到8 vol %Mg2Si /AZ91D复合材料，所得Mg2Si颗粒增强镁基复 合材料的室温拉伸强度为215MPa， 15(TC拉伸强度为188MPa。
实施例3
在lvol.% SF6+99vol.% C02混合气体保护的条件下，将AZ91D合金锭 (90wt.%)在720。C完全熔化，然后把A1-Si中间合金(10wt.%)压入熔体中， 接着将温度升高到74(TC，并保温10分钟，将超声探头插入熔体中进行处理， 超声功率设定为0.4KW,连续处理15分钟。最后去除表面的浮渣后浇铸于金属 模具中凝固后得到5vol %Mg2Si /AZ91D复合材料，所得Mg2Si颗粒增强镁基复 合材料的室温拉伸强度为208MPa， 150'C拉伸强度为175MPa。
权利要求
1、一种原位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(1)在SF6和CO2混合气体保护条件下，将镁铝合金原材料完全熔化；(2)然后把Al-Si中间合金压入镁铝熔体中，升温并保温，以保证Si与镁铝合金熔体中的Mg完全反应，同时将超声探头插入熔体中进行处理；(3)处理完成后，去除表面的浮渣，并浇铸于金属模具中，得到原位Mg2Si颗粒增强镁基复合材料。
2、 根据权利要求1所述的原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征 在于，步骤(2)中，所述的升温，其温度升至700 74(TC。
3、 根据权利要求1所述的原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征 在于，步骤(2)中，所述的保温，其时间为10 20分钟。
4、 根据权利要求1所述的原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征 在于，步骤(2)中，所述的超声处理，其功率控制在0.4~2.0KW。
5、 根据权利要求1所述的原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征 在于，步骤(2)中，所述的超声处理，其处理时间为5~15分钟，处理方式为连 续处理。
全文摘要
本发明涉及一种原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法，具体是在SF<sub>6</sub>和CO<sub>2</sub>混合气体保护条件下，将镁铝合金原材料完全熔化；然后把Al-Si中间合金压入镁铝熔体中，升温并保温，以保证Si与镁铝合金熔体中的Mg完全反应，同时将超声探头插入熔体中进行处理；处理完成后升温，捞去表面的浮渣，并浇铸于金属模具中，得到原位Mg<sub>2</sub>Si颗粒增强镁基复合材料。该方法具有Mg<sub>2</sub>Si颗粒与基体的界面相容性好，增强相的颗粒尺寸可控，增强相分布均匀等特点，制备的镁基复合材料具有良好的力学性能。
文档编号C22C1/00GK101381829SQ20081015589
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月17日 优先权日2008年10月17日
发明者张松利, 徐云龙, 赵玉涛, 刚 陈 申请人:江苏大学