本发明涉及一种准晶增强型镁基复合材料的制备方法,属有色金属材料制备及应用的技术领域。
背景技术:
镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金,其特点是密度小、比强度高、比弹性模量大、散热好、抗震性好,承受冲击载荷能力比铝合金大;目前使用最广的是镁铝合金,其次是镁锰合金和镁锌锆合金,主要用于航空、航天、电子、运输、化工、火箭等工业部门;镁是最轻的金属,镁的密度是铝的2/3,是铁的1/4;是实用金属中的最轻的金属;但是镁合金的硬度低、抗拉强度低、伸长率低,阻碍了镁合金在结构材料中的应用,因此常采取添加增强相制备镁基复合材料,以改善镁合金的力学性能。
半固态成型技术是将含有非枝晶固相的固、液混合物在凝固温度范围内加工成型的一种材料成型技术,综合了液态加工和塑性加工的优点,打破了传统枝晶凝固模式;半固态组织提高了成型零件的力学性能和密实性;是21世纪材料加工的高新技术。
准晶是一种长周期性平移序和非晶体学旋转对称性的固态有序相,准晶材料具有脆性、金相组织疏松的缺陷,很难用作结构材料,但准晶具有高硬度、不粘性、低膨胀系数、耐磨、耐热、耐腐蚀、低摩擦系数的综合性能,可做复合材料的增强相,使复合材料的力学性能得到提高,此项技术还在科学研究中。
技术实现要素:
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的情况,以镁合金为基体,镁锌钇准晶中间合金为增强相,经熔炼炉熔炼、半固态浆料制备、挤压,制成准晶增强镁基复合材料,以提高镁基复合材料的力学性能。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为:镁合金、镁锌钇中间合金、氧化锌、水玻璃、氩气、丙酮、去离子水、铝箔,其组合准备用量如下:以克、毫升、厘米3为计量单位
制备方法如下:
(1)制备开合式模具
①制备开合式浇铸模具
开合式浇铸模具用不锈钢材料制作,模具型腔呈矩形,型腔尺寸为120mm×30mm×50mm,型腔表面粗糙度为ra0.08-0.16μm;
②制备开合式挤压模具
开合式挤压模具用铬钼钢制作,模具型腔呈矩形,型腔尺寸为120mm×30mm×50mm,型腔表面粗糙度为ra0.08-0.16μm;
(2)配制涂覆剂
称取氧化锌50g±1g、水玻璃10g±1g,量取去离子水500ml±1ml,加入混浆机中进行搅拌,搅拌转数50r/min,搅拌时间80min;搅拌后成乳白色悬浮状液体,即涂覆剂;
(3)预处理镁锌钇准晶
①球磨,将镁锌钇中间合金100g±0.1g置于球磨机的球磨罐内,进行球磨,球磨时间4h,球磨后成镁锌钇细粉;
②超声波分散清洗,将球磨后的细粉置于烧杯中,然后加入丙酮300ml,混合;
将烧杯置于超声波分散仪中,进行超声波分散清洗,超声波频率40khz,超声波分散时间100min,成混合液;
③抽滤,将混合液置于抽滤瓶的布式漏斗中,用微孔滤膜进行抽滤,留存滤饼,弃去清洗液;
④真空干燥,将滤饼置于石英容器中,然后置于真空干燥箱中干燥,干燥温度100℃,真空度2pa,干燥时间60min,干燥后成镁锌钇中间合金细粉;
(4)预处理镁合金
①将镁合金块体用机械切制成小块体,小块体尺寸≤50mm×50mm×50mm;
②用铝箔包覆切割后的镁合金块;
③预热,将包覆的镁合金块置于加热炉内预热,预热温度180℃,预热时间20min;
(5)熔炼制备准晶增强型半固态镁基复合材料
准晶增强半固态镁基复合材料的熔炼是在真空熔炼炉内进行的,是在中频感应加热、通入保护气体的过程中完成的;
①打开真空熔炼炉,清理熔炼坩埚内部,并用丙酮清洗,使坩埚内部洁净;将包覆铝箔的镁合金块2000g置于坩埚底部;
②关闭真空熔炼炉,抽取炉内空气,使炉内压强达2pa;
③向炉内输入氩气,氩气输入速度200cm3/min,使炉内压强恒定在1个大气压;
④开启中频感应加热器,加热温度760℃±2℃,恒温搅拌时间10min;
⑤用铝箔包裹镁锌钇中间合金100g±0.1g,从真空熔炼炉的送料口输送至熔炼坩埚内;继续加热熔炼,继续用搅拌器搅拌,时间为10min,成合金熔液;
⑥浇铸成型
停止加热,合金熔液在坩埚内静置10min;
打开真空熔炼炉,取出熔炼坩埚,对准蛇形浇道进行浇铸,蛇形浇道连通浇铸模具;
合金溶液在蛇行通道内逐渐冷却,成半固态状;
半固态熔液进入浇铸模具型腔,浇满为止,即完成了浇铸成型;
⑦保温,通过蛇形通道浇注得到的半固态浆料在保温炉中保温,保温温度为580℃;
(6)挤压成型
挤压成型是在立式挤压铸造机上进行的;
将开合式挤压模具凹模垂直置于挤压机的工作台上;
将在保温炉中保温的半固态浆料浇入到挤压模具的凹模中;
将凸模垂直于挤压机上部,并对准凹模;
开启挤压机,凸模垂直对凹模内的铸件进行挤压,挤压压强为100mpa,保压时间20s;挤压后即为准晶增强型半固态镁基复合材料;
(7)脱模,挤压后退出挤压凸模,打开凹模开合架,取出铸件,在空气中冷却至25℃,即为准晶增强镁基复合材料块体;
(8)检测、分析、表征
对制备的准晶增强镁基复合材料的形貌、色泽、金相组织、力学性能进行检测、分析、表征;
用扫描电子显微镜进行形貌分析;
用金相分析仪进行金相组织分析;
用x射线衍射仪进行衍射强度分析;
用微机控制电子万能试验机进行抗拉强度分析;
结论:准晶增强型镁基复合材料为矩形块体,其硬度达88.9hv,抗拉强度达235mpa,延伸率为10.5%。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性,是针对镁基材料存在硬度低、抗拉强度低的情况,以镁合金为基体、镁锌钇准晶为增强剂,经在真空熔炼炉熔炼、半固态铸造、挤压成型,制成准晶增强型镁基复合材料,此制备方法工艺先进,工序严密,数据精确翔实,制备的准晶增强型镁基复合材料硬度达88.9hv,抗拉强度达235mpa,延伸率为10.5%,是先进的准晶增强型镁基复合材料的制备方法。
附图说明
图1,准晶增强型镁基复合材料挤压状态图;
图2,准晶增强型镁基复合材料金相显微组织图;
图3,准晶增强型镁基复合材料拉伸断口形貌图;
图4,准晶增强型镁基复合材料x射线衍射强度图谱;
图中所示,附图标记清单如下:
1、液压主油缸,2、上固定板,3、上螺钉,4、加热棒,5、凸模,6、液压挤压机,7、顶杆,8、推板,9、副油缸,10、工作台,11、下固定板,12、下螺钉,13、凹模,14、加热线圈,15、底座,16、顶座,17、铸件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明:
图1所示,为准晶增强型镁基复合材料挤压状态图,各部位置要正确,按序操作。
制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的,以克、毫升、厘米3为计量单位。
准晶增强型镁基复合材料的挤压是在挤压机上进行的,液压挤压机呈立式,在液压挤压机6下部为底座15,在底座15上部为顶座16,在工作台10上垂直置放挤压凹模13,并由下固定板11,下螺钉12固定;在凹模13外部设有加热线圈14;在凹模13下部设有推板8、顶杆7,在下部联通副油缸9;在顶座16上安装凸模5,并由上固定板2、上螺钉3固定;顶座16上部为液压主油缸1;在凹模13上部设有加热线圈14。
图2所示,为准晶增强镁基复合材料铸件金相显微组织图,图中可以看出金相显微组织致密性良好,并且近球状组织较多。
图3所示,为准晶增强镁基复合材料铸件拉伸断口形貌图,图中可以看出拉伸试样的断口形貌中韧窝数量较多,韧窝直径变小且深度较大,解理面变得细小,具有明显准解理断裂特征。
图4所示,为准晶增强镁基复合材料铸件x射线衍射强度图谱,纵坐标为衍射强度,横坐标为衍射角2θ,图中可以看出在铸件中检测到了准晶相的存在,说明准晶很好的分布在合金的组织内部。