本发明属于金属基复合材料
技术领域：
，具体涉及一种旋转浸渗制备碳化硅颗粒增强镁铝基材料的方法。
背景技术：
：随着我国科学技术的不断发展，金属基复合材料的性能在众多领域都有很好的研究和应用。金属镁被称为21世纪的绿色工程材料，在航空航天、电子工业、光学仪器制造、国防、汽车制造等领域都有一定的应用，但是镁合金在应用过程中上存在强韧度不够高，抗蠕变形性能差等缺点，因此具有刚高强韧性和抗蠕变性等优点的纳米颗粒增强镁合金材料得到了重视。中国文献(“纳米sic颗粒增强am60镁合金组织性能的研究”，王朝辉等，特种铸造及有色合金，第641-642页，第25卷第11期，2005年)公开的将β-纳米sic颗粒加入到高韧性铸造am60镁合金中，在惰性气体保护下，通过将镁合金融化后加入纳米sic颗粒，搅拌浇筑得到复合材料，该复合材料的力学性能和应对得到提高，且组织得到细化，但是其中纳米sic颗粒的含量小，为1％。之后王朝辉又基于半固态工艺制备了纳米sic颗粒增强am60镁合金，参见中国文献(“半固态工艺制备纳米sic颗粒增强am60镁合金”，康永林等，特种铸造及有色合金，第583-585页，第27卷第8期，2007年)将镁合金融化后加入纳米sic颗粒，搅拌均匀静置，将合金液体的温度调整至高于液相线的浇筑温度，再进行浇筑得到复合材料，其中纳米sic颗粒的含量小于1％，制备的复合材料的晶粒得到细化，机械强度进一步显著提高，综合性能优。由上述现有技术可知，通过对纳米sic颗粒增强镁合金处理方式上的改变，可显著提高复合材料的性能，但是其性能还不能完全满足一些特殊领域的应用，而且其中纳米sic颗粒含量低，有必要进一步提高纳米sic颗粒增强镁合金的综合性能，扩大其应用领域。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种旋转浸渗制备碳化硅颗粒增强镁铝基材料的方法，将镁粉末与碳化硅粉末作为原料搅拌铸造冷却凝固形成预制件，置于液态铝镁硅合金内部，旋转浸渗，取出固化后，再经真空半固态热压处理，得到碳化硅颗粒增强镁铝基材料。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种旋转浸渗制备碳化硅颗粒增强镁铝基材料的方法，包括以下步骤：(1)将金属镁粉末与碳化硅作为原料，运用搅拌铸造法制备复合浆料，将浆料浇入水冷模具中，冷却凝固得到碳化硅颗粒镁基复合材料预制件；(2)将铝镁硅合金置于坩埚内，在700-900℃下融化至液态，得到液态铝镁硅合金，保温待用；(3)将步骤(1)制备的一片或者多片碳化硅颗粒镁基复合材料预制件完全浸入步骤(2)制备的液态铝镁硅合金内部，将碳化硅颗粒镁基复合材料预制件在液态铝镁硅合金内部旋转，以不引起液态铝镁硅合金剧烈翻腾为限，然后停止转动，将复合材料预制件取出清洗，得到铝镁硅合金包覆的碳化硅颗粒镁基复合材料；(4)将步骤(3)制备的铝镁硅合金包覆的碳化硅颗粒镁基复合材料清除其表面的氧化膜后，置于真空热压炉中，加热至固液两相温度区间，施加外压压实，冷却凝固得到碳化硅颗粒增强镁铝基材料。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，金属镁粉末与碳化硅的体积比为70-80:20-30。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，碳化硅的粒径为10-20μm，镁粉的粒径为100-200μm。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，搅拌铸造法为将金属镁粉末与碳化硅经球磨整理后，在550-650℃下加热搅拌熔融。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，旋转的转速为300-600r/min，旋转时间为30-90min。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，浸渗过程不需要惰性气体保护。作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，真空热压炉的真空度低于10-2pa。作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，加热的温度为570-580℃。作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，外压的压力为100-150mpa。作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，碳化硅颗粒增强镁铝基材料的孔隙率低于0.4％，抗拉强度高于200mpa。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明制备的碳化硅颗粒增强镁铝基材料采用镁粉末与碳化硅粉末作为原料搅拌铸造冷却凝固形成预制件，预制件中碳化硅的含量较高，预制件材料的刚度大，可以在之后的半固态真空固化处理中保持一定的形状不变，但是原子的扩散能力提高，有利于各组分的混合均匀，提高复合材料的力学性能和稳定性能。(2)本发明制备的碳化硅颗粒增强镁铝基材料采用旋转浸渗的方法将铝镁硅合金浸透入碳化硅镁基预制件，利用外部机械力带动预制件在液态铝镁硅合金内快速旋转，一方面防止固液界面形成氧化膜，另一方面促进液态铝镁硅合金与预制件颗粒表面直接接触，提高了界面浸润性，而且旋转过程对液态铝镁硅合金浸渗前沿形成附加正应力，增加了熔体渗入预制件的驱动力，提高了渗透的效率，降低了渗透的温度，降低了生产成本，此外，整个浸渗过程不需要真空或者惰性气体保护，简化了对设备的要求，更加有利于工厂化生产，降低生产能耗，提高产品的经济价值。(3)本发明制备的碳化硅颗粒增强镁铝基材料经旋转浸渗后再进行半固态真空加压处理，促进复合材料的组织更加致密，颗粒分布更加均匀，且无破碎，进一步提高复合材料的质量。(4)本发明制备工艺简单，对设备的要求低，成型压力小，生产效率高，成本低，有利于工厂大规模生产和处理，产品的成本低，有利于市场推广。具体实施方式下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。实施例1：(1)按照体积比为70:30，将粒径为100μm的金属镁粉末与粒径为10μm的碳化硅作为原料，经球磨整理后，在550℃下加热搅拌熔融得到复合浆料，将浆料浇入水冷模具中，冷却凝固得到碳化硅颗粒镁基复合材料预制件。(2)将铝镁硅合金置于坩埚内，在700℃下融化至液态，得到液态铝镁硅合金，保温待用。(3)不需要惰性气体保护，将一片碳化硅颗粒镁基复合材料预制件完全浸入液态铝镁硅合金内部，将碳化硅颗粒镁基复合材料预制件在液态铝镁硅合金中以300r/min的速度内部旋转，以不引起液态铝镁硅合金剧烈翻腾为限，旋转30min，然后停止转动，将复合材料预制件取出清洗，得到铝镁硅合金包覆的碳化硅颗粒镁基复合材料。(4)将铝镁硅合金包覆的碳化硅颗粒镁基复合材料清除其表面的氧化膜后，置于真空度低于10-2pa的真空热压炉中，在570℃下加热至固液两相温度区间，施加100mpa的外压压实，冷却凝固得到碳化硅颗粒增强镁铝基材料。实施例2：(1)按照体积比为80:20，将粒径为200μm的金属镁粉末与粒径为20μm的碳化硅作为原料，经球磨整理后，在650℃下加热搅拌熔融得到复合浆料，将浆料浇入水冷模具中，冷却凝固得到碳化硅颗粒镁基复合材料预制件。(2)将铝镁硅合金置于坩埚内，在900℃下融化至液态，得到液态铝镁硅合金，保温待用。(3)不需要惰性气体保护，将两片碳化硅颗粒镁基复合材料预制件完全浸入液态铝镁硅合金内部，将碳化硅颗粒镁基复合材料预制件在液态铝镁硅合金中以600r/min的速度内部旋转，以不引起液态铝镁硅合金剧烈翻腾为限，旋转90min，然后停止转动，将复合材料预制件取出清洗，得到铝镁硅合金包覆的碳化硅颗粒镁基复合材料。(4)将铝镁硅合金包覆的碳化硅颗粒镁基复合材料清除其表面的氧化膜后，置于真空度低于10-2pa的真空热压炉中，在580℃下加热至固液两相温度区间，施加150mpa的外压压实，冷却凝固得到碳化硅颗粒增强镁铝基材料。实施例3：(1)按照体积比为75:25，将粒径为150μm的金属镁粉末与粒径为13μm的碳化硅作为原料，经球磨整理后，在575℃下加热搅拌熔融得到复合浆料，将浆料浇入水冷模具中，冷却凝固得到碳化硅颗粒镁基复合材料预制件。(2)将铝镁硅合金置于坩埚内，在750℃下融化至液态，得到液态铝镁硅合金，保温待用。(3)不需要惰性气体保护，将三片碳化硅颗粒镁基复合材料预制件完全浸入液态铝镁硅合金内部，将碳化硅颗粒镁基复合材料预制件在液态铝镁硅合金中以450r/min的速度内部旋转，以不引起液态铝镁硅合金剧烈翻腾为限，旋转50min，然后停止转动，将复合材料预制件取出清洗，得到铝镁硅合金包覆的碳化硅颗粒镁基复合材料。(4)将铝镁硅合金包覆的碳化硅颗粒镁基复合材料清除其表面的氧化膜后，置于真空度低于10-2pa的真空热压炉中，在575℃下加热至固液两相温度区间，施加115mpa的外压压实，冷却凝固得到碳化硅颗粒增强镁铝基材料。实施例4：(1)按照体积比为73:27，将粒径为130μm的金属镁粉末与粒径为16μm的碳化硅作为原料，经球磨整理后，在600℃下加热搅拌熔融得到复合浆料，将浆料浇入水冷模具中，冷却凝固得到碳化硅颗粒镁基复合材料预制件。(2)将铝镁硅合金置于坩埚内，在800℃下融化至液态，得到液态铝镁硅合金，保温待用。(3)不需要惰性气体保护，将一片碳化硅颗粒镁基复合材料预制件完全浸入液态铝镁硅合金内部，将碳化硅颗粒镁基复合材料预制件在液态铝镁硅合金中以550r/min的速度内部旋转，以不引起液态铝镁硅合金剧烈翻腾为限，旋转60min，然后停止转动，将复合材料预制件取出清洗，得到铝镁硅合金包覆的碳化硅颗粒镁基复合材料。(4)将铝镁硅合金包覆的碳化硅颗粒镁基复合材料清除其表面的氧化膜后，置于真空度低于10-2pa的真空热压炉中，在570℃下加热至固液两相温度区间，施加140mpa的外压压实，冷却凝固得到碳化硅颗粒增强镁铝基材料。实施例5：(1)按照体积比为80:20，将粒径为200μm的金属镁粉末与粒径为10μm的碳化硅作为原料，经球磨整理后，在650℃下加热搅拌熔融得到复合浆料，将浆料浇入水冷模具中，冷却凝固得到碳化硅颗粒镁基复合材料预制件。(2)将铝镁硅合金置于坩埚内，在700℃下融化至液态，得到液态铝镁硅合金，保温待用。(3)不需要惰性气体保护，将三片碳化硅颗粒镁基复合材料预制件完全浸入液态铝镁硅合金内部，将碳化硅颗粒镁基复合材料预制件在液态铝镁硅合金中以600r/min的速度内部旋转，以不引起液态铝镁硅合金剧烈翻腾为限，旋转30min，然后停止转动，将复合材料预制件取出清洗，得到铝镁硅合金包覆的碳化硅颗粒镁基复合材料。(4)将铝镁硅合金包覆的碳化硅颗粒镁基复合材料清除其表面的氧化膜后，置于真空度低于10-2pa的真空热压炉中，在580℃下加热至固液两相温度区间，施加100mpa的外压压实，冷却凝固得到碳化硅颗粒增强镁铝基材料。实施例6：(1)按照体积比为75:25，将粒径为150μm的金属镁粉末与粒径为12μm的碳化硅作为原料，经球磨整理后，在600℃下加热搅拌熔融得到复合浆料，将浆料浇入水冷模具中，冷却凝固得到碳化硅颗粒镁基复合材料预制件。(2)将铝镁硅合金置于坩埚内，在900℃下融化至液态，得到液态铝镁硅合金，保温待用。(3)不需要惰性气体保护，将一片碳化硅颗粒镁基复合材料预制件完全浸入液态铝镁硅合金内部，将碳化硅颗粒镁基复合材料预制件在液态铝镁硅合金中以550r/min的速度内部旋转，以不引起液态铝镁硅合金剧烈翻腾为限，旋转65min，然后停止转动，将复合材料预制件取出清洗，得到铝镁硅合金包覆的碳化硅颗粒镁基复合材料。(4)将铝镁硅合金包覆的碳化硅颗粒镁基复合材料清除其表面的氧化膜后，置于真空度低于10-2pa的真空热压炉中，在570℃下加热至固液两相温度区间，施加150mpa的外压压实，冷却凝固得到碳化硅颗粒增强镁铝基材料。对比例1：(1)按照体积比为70:30，将粒径为100μm的金属镁粉末与粒径为10μm的碳化硅作为原料，经球磨整理后，在550℃下加热搅拌熔融得到复合浆料，将浆料浇入水冷模具中，冷却凝固得到碳化硅颗粒镁基复合材料预制件。(2)将铝镁硅合金置于坩埚内，在700℃下融化至液态，得到液态铝镁硅合金，保温待用。(3)不需要惰性气体保护，将一片碳化硅颗粒镁基复合材料预制件完全浸入液态铝镁硅合金内部，将碳化硅颗粒镁基复合材料预制件在液态铝镁硅合金中以300r/min的速度内部旋转，以不引起液态铝镁硅合金剧烈翻腾为限，旋转30min，然后停止转动，将复合材料预制件取出清洗，得到铝镁硅合金包覆的碳化硅颗粒镁基复合材料。对比例2：(1)按照体积比为70:30，将粒径为100μm的金属镁粉末与粒径为10μm的碳化硅作为原料，经球磨整理后，在550℃下加热搅拌熔融得到复合浆料，将浆料浇入水冷模具中，冷却凝固得到碳化硅颗粒镁基复合材料预制件。(2)将碳化硅颗粒镁基复合材料预制件清除其表面的氧化膜后，置于真空度低于10-2pa的真空热压炉中，在570℃下加热至固液两相温度区间，施加100mpa的外压压实，冷却凝固得到碳化硅颗粒增强镁基材料。经检测，实施例1-6以及对比例1-2制备的碳化硅颗粒增强镁铝基材料的铝含量、孔隙率和机械强度的结果如下所示：实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6对比例1对比例2铝含量(％)3.67.24.65.36.06.83.6--孔隙率(％)0.30.260.30.290.270.280.40.3抗拉强度(gpa)230290240250250240200190由上表可见，本发明制备的碳化硅颗粒增强镁铝基材料的铝材料渗入量好，制备的材料的孔隙率小，抗压强度高。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页12