一种原位自生Al₃BC增强镁基复合材料及其制备方法

专利名称：一种原位自生Al₃BC增强镁基复合材料及其制备方法
一种原位自生AI3BC增强镁基复合材料及其制备方法技术领域
本发明属复合材料技术领域，特别涉及一种原位自生Al3BC增强镁基复合材料及其制备方法。
背景技术：
镁合金具有密度小、比强度和比刚度高以及良好的耐磨性、良好的阻尼减震性能、 尺寸稳定性好等优点，使其在高新技术领域内具有巨大的应用潜力。但由于其室温强度低、 耐磨性差、弹性模量小等缺点，大大限制了其作为工程结构材料的应用范围。而通过向镁合金基体中添加高硬度高强度的增强相制备出镁基复合材料能有效解决这一问题。
目前制备镁基复合材料的方法主要有外加法及原位制备法。外加法由于外加增强体与基体之间润湿性差，增强体表面容易被污染，以及由于比重差造成的增强粒子的聚集与偏聚等缺点，导致制备的镁基复合材料性能与预期性能相差较大。原位制备法可有效克服以上缺点，目前对于原位增强镁基复合材料的方法主要有利用TiC (专利申请号:200710173275. 5)、TiB2 (专利申请号:200710047943. x)、MgO (专利申请号 201110376112. 3)等作为增强相制备镁基复合材料。采用Al3BC作为增强相制备镁基复合材料却鲜见报道。最新文献报道，Al3BC可作为一种高效的镁合金异质形核衬底，从而对镁合金起到良好的细化效果。相对于其它增强相，用Al3BC制备镁基复合材料除了可提高镁合金耐磨性、弹性模量和室温抗拉强度等优点外，还具有显著细化镁合金基体晶粒等双重效果， 从而更大幅度地提高材料的强度和塑性。发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种原位自生Al3BC增强镁基复合材料， 并且提供一种生产成本低、工艺简便、复合材料综合力学性能良好、适合工业化生产的制备方法。
本发明是通过以下方式实现的
一种原位自生Al3BC增强镁基复合材料，由镁合金基体和增强相组成，其特征是 镁合金基体中含有弥散分布的Al3BC增强相，尺寸为O.1ym-KXOynuAl3BC增强相在镁合金基体中的质量百分含量为1. Owt. %-15. Owt. %。
上述原位自生 Al3BC增强镁基复合材料的制备方法，其特征包括以下步骤
(I)首先按以下质量百分比准备好所需原料80.0%_95.0%的镁合金锭； 5. 0%-20. 0%的Al-Al3BC预制合金；0. 1%_2. 0%的RJ-2覆盖剂或者一定量的SF6+C02保护气体；其中Al-Al3BC预制合金具有如下特点①只含有Al和Al3BC两种物相Al3BC的含量为10. Owt. %-90. Owt. % ； Al3BC相的尺寸为O.1 μ m_10. O μ m ;④Al3BC相弥散分布在基体内。
(2)在RJ-2试剂覆盖或者SF6+C02气体保护下，将镁合金锭在坩埚中熔化，熔炼温度为 7000C -8500C ο
(3)将步骤(I)中所述Al-Al3BC预制合金加入到镁合金熔体中，待其充分溶解，静置保温10min-40min，搅拌或超声波处理后将合金液压铸或挤压铸造成形，即可得到原位自生Al3BC增强镁基复合材料。
相对于现有技术成果，本发明有如下优点
(I)增强体Al3BC呈多面体形貌在预制合金中原位生成，表面洁净、无污染，并在加入到镁合金熔体中渐进式释放出Al3BC粒子从而与基体良好润湿，且弥散分布在镁基体中， 因此所得复合材料具有较高的综合力学性能。
(2)通过先制备出一种仅含有Al和Al3BC两种物相的Al-Al3BC预制合金，合金中 Al3BC颗粒细小为0.1 μ m-10. 0 μ m，增强效果好，且可根据需要调节Al-Al3BC预制合金中Al 与Al3BC相比例(Al3BC含量可在10. 0wt. %_90. 0wt. %变动)，从而可通过调节Al3BC在复合材料中含量、镁合金基体选择等手段，优化参数进而制备出具有最优性能的原位自生Al3BC 增强镁基复合材料。
(3) Al3BC作为一种高效的镁合金异质形核衬底，对镁合金能起到良好的细化效果，作为增强相增强镁合金复合材料的同时，大幅细化镁合金基体晶粒组织，更大幅度地提高镁合金的力学性能。
(4)操作工艺简便、可控性好，成本低廉，具有良好的工业应用前景。
具体实施方式
下面给出本发明的几个最佳实施例
实施例1
(I)首先准备好所需原料10. 0wt. %的A1_20A13BC预制合金、89. 0wt. %的 AZ31镁合金锭、1. Owt. %的RJ-2覆盖剂。其中A1-20A13BC预制合金中Al3BC相尺寸在 0.1 μ m-2. 0 μ m 之间。
(2)在镁合金熔炼设备中，将镁合金锭AZ31加热至720°C熔化，熔体加RJ-2覆盖剂保护。
(3)待镁合金锭完全熔化后，向熔体中加入预先预热至200°C的A1_20A13BC预制合金。待A1-20A13BC预制合金在熔体中充分溶解，保温20min后，搅拌Imin使增强颗粒在熔体中均匀分布。
(4)将合金液压铸或挤压铸造成形，得到原位自生Al3BC增强镁基复合材料，复合材料具体成分为Mg-10. 5A1-0. 72Zn-0. 36Mn_2Al3BC。
实施例2
(I)首先准备好所需原料20. 0wt. %的A1-50A13BC预制合金、78. 5wt. %的 ZK60镁合金锭、1. 5wt. %的RJ-2覆盖剂。其中A1-50A13BC预制合金中Al3BC相尺寸在0.1 μ m_5.0 μ m 之间。
(2)在镁合金熔炼设备中，将镁合金锭ZK60加热至750°C熔化，熔体加RJ-2覆盖剂保护。
(3)待镁合金锭完全熔化后，向熔体中加入预先预热至200°C的A1_50A13BC预制合金。待A1-50A13BC预制合金在熔体中充分溶解，保温20min后，搅拌Imin使增强颗粒在熔体中均匀分布。
(4)将合金液压铸或挤压铸造成形，得到原位自生Al3BC增强镁基复合材料，复合材料具体成分为Mg-10Al-4. 8Zn-0. 5Zr_10Al3BC。
实施例3
(I)首先准备好所需原料18. Owt. °/c^^A1-80A13BC预制合金、80. 5wt. %的1^1镁合金锭、1. 5wt. %的RJ-2覆盖剂。其中A1-80A13BC预制合金中Al3BC相尺寸在O.1 μ m-10. O μ m 之间。
(2)在镁合金熔炼设备中，将镁合金锭MB I加热至800°C熔化，熔体加RJ-2覆盖剂保护。
(3)待镁合金锭完全熔化后，向熔体中加入预先预热至200°C的A1_80A13BC预制合金。待A1-80A13BC预制合金在熔体中充分溶解，保温20min后，搅拌Imin并施加超声波处理Imin后使增强颗粒在熔体中均匀分布。
(4)将合金液压铸或挤压铸造成形，得到原位自生Al3BC增强镁基复合材料，复合材料具体成分为Mg-3. 6A1-1. OMn-14. 4A13BC。
权利要求
1.一种原位自生Al3BC增强镁基复合材料，由镁合金基体和增强相组成，其特征是镁合金基体中含有弥散分布的Al3BC粒子，尺寸为O.1 μ m-10. O μ m, Al3BC在镁合金基体中的质量百分含量为1. Owt. %-15. Owt. %。
2.根据权利要求1所述原位自生Al3BC增强镁基复合材料的制备方法，其特征是包括以下步骤(1)首先按以下质量百分比准备好所需原料80.0%-95. 0%的镁合金锭，5. 0%-20. 0%的 A1-A13BC预制合金，O. 1%-2. 0%的RJ-2覆盖剂或者SF6+C02保护气体；(2)在覆盖剂或者气体保护条件下，将镁合金锭在坩埚中熔化；镁合金熔炼采用RJ-2 试剂覆盖保护或者SF6+C02气体保护；镁合金熔炼温度为700°C -850°C ；(3)将步骤(I)所述Al-Al3BC预制合金加入到步骤(2)的镁合金熔体中，待Al-Al3BC 预制合金充分溶解，静置保温10min-40min，搅拌或超声波处理后将合金液压铸或挤压铸造成形，即可得到Al3BC增强镁基复合材料。
3.根据权利要求2所述的原位自生Al3BC增强镁基复合材料的制备方法，其特征是步骤(I)的Al-Al3BC预制合金中只含有Al和Al3BC两种物相，Al3BC的含量为 10. Owt. %-90. Owt. %，Al3BC相的尺寸为O.1 μ m-10. O μ m ；A13BC相弥散分布在铝基体内。
全文摘要
本发明属复合材料技术领域，涉及一种原位自生Al3BC增强镁基复合材料及其制备的方法。该原位自生Al3BC增强镁基复合材料，由镁合金基体和增强相组成，镁合金基体中含有弥散分布Al3BC粒子，尺寸为0.1μm-10.0μm之间，Al3BC增强相在镁合金基体中的含量在1wt.%-15wt.%之间。其制备方法为将Al-Al3BC预制合金加入到镁合金熔体中，待Al-Al3BC预制合金溶解，静置保温10min-40min，搅拌或超声波处理后将合金液压铸或挤压铸造成形，即可得到Al3BC增强镁基复合材料。本发明复合材料具有较高的综合力学性能，制备工艺简便，成本低廉，具有良好的工业应用前景。
文档编号C22C23/00GK103031475SQ20121058024
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者刘相法, 贾龙凯, 田文婕, 刘文成 申请人:山东大学