專利名稱：鍍銅碳化硅顆粒增強鎂基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的制備方法，具體是一種鍍銅碳化硅顆粒增強鎂基復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
材料的阻尼性能在控制結(jié)構(gòu)的振動和噪音中起了重要的作用，因而也延長了循環(huán)載荷或沖擊下材料的服役壽命。在所有的商業(yè)金屬結(jié)構(gòu)材料中鎂具有最高的阻尼性能，然而弱的機械性能限制了其更為廣泛的應(yīng)用。因此，改善鎂的機械強度而保持其固有的高阻尼性能成為了眾多研究的核心問題。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，C.Mayencourt等人在《Phys.Status.Solidi.A》(1997，163357)上發(fā)表論文“高阻尼復(fù)合材料Mg2Si/Mg的研究”，該文提出通過定向凝固工藝制備纖維增強復(fù)合材料Mg2Si/Mg，擁有工業(yè)鑄造鎂合金AZ63相當(dāng)?shù)睦鞆姸榷枘嵝阅軈s改善了10-100倍，該工藝得到的纖維復(fù)合材料的性能存在各向異性，而且定向凝固工藝復(fù)雜，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足和缺陷，提供一種鍍銅碳化硅顆粒增強鎂基復(fù)合材料的制備方法，使制備的復(fù)合材料獲得強度和阻尼性能的良好匹配。該復(fù)合材料是以化學(xué)鍍銅(Cu)的碳化硅(SiC)粒子為增強相，以純鎂或鎂合金為基體相，通過在碳化硅顆粒表面化學(xué)鍍銅來得到特殊的界面層。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，方法步驟如下(1)選用不同尺寸的化學(xué)鍍銅碳化硅顆粒和純鎂粉或鎂合金粉復(fù)合制備鎂基復(fù)合材料，應(yīng)滿足基體為純鎂粉或鎂合金粉體積百分比70％-95％與含化學(xué)鍍銅層的碳化硅顆粒5％-30％的體積百分比混合制得。
(2)步驟(1)所述化學(xué)鍍銅層為通過化學(xué)鍍銅在碳化硅顆粒表面沉積的一層銅涂層，銅的重量百分比占含化學(xué)鍍銅層碳化硅顆?？傊亓康?0％～50％，碳化硅顆粒的重量百分比為50％～90％。
(3)將含化學(xué)鍍銅層碳化硅顆粒、鎂粉及瑪瑙球按球料重量比為3∶1的比例加入到混料機中進(jìn)行混合2～48小時，其中，混料機轉(zhuǎn)速為30～60r/min。
(4)把混合均勻的粉末放入模具中，在室溫下壓制成塊，壓制塊的致密度約為70％～90％。
(5)將壓制的塊體于真空爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為400℃～550℃，燒結(jié)時間1～4小時，真空度為1×10-3Pa以上。
(6)將燒結(jié)后的塊體再進(jìn)行熱擠壓，擠壓溫度為350℃，面積壓縮比為10-100∶1，獲得鍍銅碳化硅顆粒增強鎂基復(fù)合材料。
鎂具有高的本征阻尼性能，加之復(fù)合材料的界面效應(yīng)，可保證本發(fā)明的復(fù)合材料具有良好的阻尼性能。碳化硅表面的化學(xué)鍍銅層可以有效改善碳化硅和鎂基體之間的潤濕，促進(jìn)燒結(jié)，從而提高最終的力學(xué)性能，達(dá)到高強度高阻尼的結(jié)構(gòu)與功能一體化。
高性能復(fù)合材料體系的發(fā)展很大程度上取決于界面改性及相關(guān)性能的提高，界面層的選擇或設(shè)計對于優(yōu)化復(fù)合材料最終的性能起了一個關(guān)鍵的作用。遺憾的是，以前的研究幾乎沒有關(guān)注界面層(如顆粒表面涂層)的存在對復(fù)合材料整體阻尼性能的影響。由于鎂基復(fù)合材料的界面對其力學(xué)性能和阻尼性能的影響顯著，采用碳化硅顆粒表面鍍銅方法可得到具有特殊界面層的鎂基復(fù)合材料，使其具有良好的力學(xué)性能和阻尼性能的綜合。本發(fā)明鍍銅碳化硅顆粒增強鎂基復(fù)合材料的制備工藝，不僅保證了復(fù)合材料具有高的拉伸強度和阻尼性能，而且測試數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，復(fù)合材料具有各向同性的特征。
本發(fā)明的有益效果是利用常規(guī)粉末冶金技術(shù)并輔以熱擠工藝，選取合適的涂層厚度、顆粒體積分?jǐn)?shù)、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間、擠壓溫度及擠壓比制備出了增強相顆粒分布均勻、界面結(jié)合良好，而且兼具良好力學(xué)性能和阻尼性能的鎂基復(fù)合材料，為制備結(jié)構(gòu)功能一體化的鎂基復(fù)合材料開辟了一條新的途徑，進(jìn)一步拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。例如以體積含量為10％的鍍銅SiC/Mg復(fù)合材料的抗拉強度約為208MPa，提高鎂的強度約100％，同時其室溫阻尼性能接近于0.008，達(dá)到較高阻尼水平。
具體實施例方式
實施例1
本實施例的鍍銅碳化硅顆粒增強的鎂基復(fù)合材料，SiC粒子的體積百分?jǐn)?shù)為5％。采用40μm純鎂粉和14μm的SiC粒子為原始粉末材料，在SiC粒子表面化學(xué)鍍覆重量比為30％的含化學(xué)鍍銅層。然后將所需量的鎂粉和鍍Cu的SiC粒子在混料機中以球料比3∶1混合2小時，將混合均勻的粉末壓制成圓柱體，隨后置于真空爐中在400℃下燒結(jié)1小時，最后以面積擠壓比10∶1于350℃擠壓成棒材。制得的該涂層SiC/Mg復(fù)合材料的抗拉強度約為150MPa，高出鎂的抗拉強度約50％，室溫阻尼性能達(dá)到0.01的高阻尼。
實施例2本實施例的鍍銅碳化硅顆粒增強的鎂基復(fù)合材料，采用40μm純鎂和14μm的SiC粒子為原始粉末材料，SiC粒子的體積百分?jǐn)?shù)為10％。在SiC粒子表面化學(xué)鍍覆重量比為30％的含化學(xué)鍍銅層。然后將鎂粉和鍍Cu的SiC粒子在混料機中以球料比3∶1混合24小時，將混合均勻的粉末壓制成圓柱體，隨后置于真空爐中在400℃下燒結(jié)4小時，最后以面積擠壓比10∶1于350℃擠壓成棒材。該含化學(xué)鍍銅層SiC/Mg復(fù)合材料的抗拉強度約為208MPa，提高鎂的強度約100％。室溫阻尼性能接近于0.008。
實施例3本實施例的鍍銅碳化硅顆粒增強的鎂基復(fù)合材料，采用40μm鎂鋁合金粉和14μm的SiC粒子為原始粉末材料，SiC粒子的體積百分?jǐn)?shù)為30％。在SiC粒子表面化學(xué)鍍覆重量比為30％的含化學(xué)鍍銅層。然后將所需量的鎂粉和鍍Cu的SiC粒子在混料機中以球料比3∶1混合48小時，將混合均勻的粉末壓制成圓柱體，隨后置于真空爐中在550℃下燒結(jié)4小時，最后以面積擠壓比10∶1于350℃擠壓成棒材。該涂層SiC/Mg復(fù)合材料的抗拉強度約為265MPa，提高了鎂的強度約160％。室溫阻尼接近于0.005，高溫阻尼性能超過了鎂。因此該涂層SiC/Mg復(fù)合材料可獲得良好的力學(xué)與阻尼性能匹配。
權(quán)利要求
1.一種鍍銅碳化硅顆粒增強鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下(1)選用不同尺寸的化學(xué)鍍銅碳化硅顆粒和純鎂粉或鎂合金粉復(fù)合制備鎂基復(fù)合材料，應(yīng)滿足基體為純鎂粉或鎂合金粉體積百分比70％-95％與含化學(xué)鍍銅層的碳化硅顆粒5％-30％的體積百分比混合制得；(2)步驟(1)所述化學(xué)鍍銅層為通過化學(xué)鍍銅在碳化硅顆粒表面沉積的一層銅涂層，銅的重量百分比占含化學(xué)鍍銅層碳化硅顆粒總重量的10％～50％，碳化硅顆粒的重量百分比為50％～90％；(3)將化學(xué)鍍銅碳化硅顆粒、鎂粉及瑪瑙球按球料重量比為3∶1的比例加入到混料機中進(jìn)行混合2～48小時，其中，混料機轉(zhuǎn)速為30～60r/min；(4)把混合均勻的粉末放入模具中，在室溫下壓制成塊，壓制塊的致密度約為70％～90％；(5)將壓制的塊體于真空爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為400℃～550℃，燒結(jié)時間1～4小時，真空度為1×10-3Pa以上；(6)將燒結(jié)后的塊體再進(jìn)行熱擠壓，擠壓溫度為350℃，面積壓縮比為10-100∶1，獲得鍍銅碳化硅顆粒增強鎂基復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍍銅碳化硅顆粒增強鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的混料機，混料機中的含化學(xué)鍍銅層碳化硅顆粒、鎂粉及瑪瑙球按球料重量比為3∶1的比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的鍍銅碳化硅顆粒增強鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的混料機，轉(zhuǎn)速為30～60r/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍍銅碳化硅顆粒增強鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的壓制塊的致密度為70～90％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍍銅碳化硅顆粒增強鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的燒結(jié)，燒結(jié)溫度為400～550℃，燒結(jié)時間1～4小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者5所述的鍍銅碳化硅顆粒增強鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的燒結(jié)，真空度為1×10-3Pa以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或者6所述的鍍銅碳化硅顆粒增強鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的熱擠壓，擠壓溫度為350℃，面積壓縮比為10-100∶1。
全文摘要
一種用于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的鍍銅碳化硅顆粒增強鎂基復(fù)合材料的制備方法。具體步驟如下選用碳化硅顆粒，在其表面通過化學(xué)鍍覆工藝沉積一薄層銅涂層；復(fù)合材料中增強體顆粒的體積百分含量5－30％，折算出所需涂層碳化硅顆粒的重量和所需原料鎂粉的重量；將所需量的涂層碳化硅顆粒、鎂粉及瑪瑙球加入到混料機中進(jìn)行混合2～48小時；把混合均勻的粉末放入模具中，在室溫下壓制成塊；將壓制的塊體于真空爐中進(jìn)行燒結(jié)；將燒結(jié)后的塊體再進(jìn)行熱擠壓，面積壓縮比為10～100∶1。本發(fā)明制備出了增強相顆粒分布均勻、界面結(jié)合良好、而且兼具良好力學(xué)性能和阻尼性能的鎂基復(fù)合材料，為制備結(jié)構(gòu)功能一體化的鎂基復(fù)合材料開辟了一條新的途徑，進(jìn)一步拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號B22F3/00GK1666833SQ20051002493
公開日2005年9月14日 申請日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月7日
發(fā)明者張小農(nóng), 趙常利, 顧金海 申請人:上海交通大學(xué)