本發(fā)明屬于有色金屬?gòu)?fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

有色金屬材料是人們生產(chǎn)和生活中重要的物質(zhì)組成部分，從航空航天、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造業(yè)到人們所使用的日常用具，大部分都由有色金屬材料組成。近幾年來(lái)，我國(guó)有色金屬材料的生產(chǎn)也躍居世界前列，對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起重要作用，不僅帶動(dòng)了各種新型技術(shù)的研發(fā)，同時(shí)還促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。但是隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)有色金屬材料有了更高的要求，如耐高溫、耐磨、強(qiáng)度更高等，有色金屬材料在某些方面就表現(xiàn)出一定的局限性。

鎂合金是目前實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小，比強(qiáng)度和比剛度高，阻尼性、切削加工性和鑄造性能好等優(yōu)點(diǎn)；但是，鎂合金模量低、耐磨性差等缺陷，為滿足結(jié)構(gòu)件對(duì)高彈性模量鎂基復(fù)合材料的需求，尋找理想的增強(qiáng)相和探索適合的復(fù)合工藝是鎂基復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)。

鎂基復(fù)合材料主要由鎂合金基體及增強(qiáng)相組成，隨著新型制造工藝的研究發(fā)展，鎂基復(fù)合材料在航天航空、汽車、核工業(yè)、運(yùn)動(dòng)娛樂以及其他先進(jìn)的工程方面得到了更廣泛的應(yīng)用。上海交通大學(xué)專利申請(qǐng)CN1986868A采用擠壓鑄造工藝制備碳纖維混雜增強(qiáng)高模量鎂基復(fù)合材料；江蘇大學(xué)CN103627936A專利申請(qǐng)公開了一種剎車盤用碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，采用鎂-鋁-鋅-錳系鎂基合金作為基體，以微納米級(jí)別碳纖維作為鎂基合金基體的增強(qiáng)相，通過熔體合成-壓鑄成型的方法制備而成。由于鎂合金在室溫及高溫下表現(xiàn)出低的硬度，低的強(qiáng)度，耐蝕性差等性能阻礙了其在工業(yè)中的應(yīng)用，目前通過添加增強(qiáng)體來(lái)制備增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料可以很好的改善鎂合金基體的綜合力學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中鎂合金的低硬度、低強(qiáng)度、低模量、低耐磨損抗力等缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，由包含如下組分和質(zhì)量百分含量組成：無(wú)機(jī)晶須5.0-35.0wt％，鎂合金65.0-95.0wt％。。

所述的無(wú)機(jī)晶須為纖維狀或四針狀，平均粒徑為1-10um，平均長(zhǎng)度為50-200um。

所述的無(wú)機(jī)晶須選自碳化硅、碳化硼、氧化鋅、氧化鋁、二氧化鈦、硼酸鎂、石墨晶須中的一種或兩種以上組合。

所述的鎂合金選自鎂鋁鋅合金、鎂鋁硅合金、鎂鋁錳合金、鎂鋰合金及鎂鋁稀土合金中的一種。

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，包含如下步驟：(1)按照上述各化學(xué)成分的質(zhì)量百分比準(zhǔn)備無(wú)機(jī)晶須和鎂合金原料；(2)將無(wú)機(jī)晶須放入保溫爐內(nèi)烘干預(yù)處理，溫度為380-400℃，保溫1.5-2h；(3)將鎂合金放入熔煉爐內(nèi)熔煉4-6h，溫度為660-800℃，得鎂合金熔液；(4)打開熔煉爐放液口，將無(wú)機(jī)晶須投入到鎂合金熔體中，降溫至400-450℃成半固態(tài)混合熔體后，同時(shí)施加機(jī)械攪拌和電磁攪拌0.5-2h；(5)將攪拌后的混合熔體又升溫至660-800℃成全液態(tài)后，在混合熔液上方施加壓力10-50MPa，將混合熔體壓入到模具內(nèi)降溫冷卻，得無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

所述的機(jī)械攪拌，攪拌葉片位于溶體底部，攪拌速度為500-800r/min。

所述的電磁攪拌為無(wú)接觸式電磁攪拌，正弦波頻率為20Hz，電流峰值為15A。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料強(qiáng)度和硬度高、耐熱及耐蝕好，耐磨性好,具有良好的抗熱沖擊、抗氧化性能等特點(diǎn)；同時(shí)，無(wú)機(jī)晶須和鎂合金相容性較好；本發(fā)明采用半固態(tài)機(jī)械-電磁雙重?cái)嚢梃T造工藝簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，制備的無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料尺寸細(xì)小、分布均勻、空隙率較小，綜合力學(xué)性能優(yōu)異。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，由包含如下組分和質(zhì)量百分含量組成：無(wú)機(jī)晶須5.0wt％，鎂合金95.0wt％；所述的無(wú)機(jī)晶須為纖維狀或四針狀，平均粒徑為1um，平均長(zhǎng)度為50um；所述的無(wú)機(jī)晶須為石墨晶須；所述的鎂合金為鎂鋁鋅合金。

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包含如下步驟：(1)按照上述各化學(xué)成分的質(zhì)量百分比準(zhǔn)備無(wú)機(jī)晶須和鎂合金原料；(2)將無(wú)機(jī)晶須放入保溫爐內(nèi)烘干預(yù)處理，溫度為380℃，保溫1.5h；(3)將鎂合金放入熔煉爐內(nèi)熔煉4h，溫度為660℃，得鎂合金熔液；(4)打開熔煉爐放液口，將無(wú)機(jī)晶須投入到鎂合金熔體中，降溫至400℃成半固態(tài)混合熔體后，同時(shí)施加機(jī)械攪拌和電磁攪拌0.5h；(5)將攪拌后的混合熔體又升溫至660℃成全液態(tài)后，在混合熔液上方施加壓力10MPa，將其壓入到模具內(nèi)降溫冷卻，得無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

所述的機(jī)械攪拌攪拌葉片位于溶體底部，攪拌速度為500r/min；所述的電磁攪拌為無(wú)接觸式電磁攪拌，正弦波頻率為20Hz，電流峰值為15A。

實(shí)施例2

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，由包含如下組分和質(zhì)量百分含量組成：無(wú)機(jī)晶須35.0wt％，鎂合金65.0wt％；所述的無(wú)機(jī)晶須為纖維狀或四針狀，平均粒徑為10um，平均長(zhǎng)度為200um；所述的無(wú)機(jī)晶須為碳化硅；所述的鎂合金為鎂鋁硅合金。

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包含如下步驟：(1)按照上述各化學(xué)成分的質(zhì)量百分比準(zhǔn)備無(wú)機(jī)晶須和鎂合金原料；(2)將無(wú)機(jī)晶須放入保溫爐內(nèi)烘干預(yù)處理，溫度為400℃，保溫2h；(3)將鎂合金放入熔煉爐內(nèi)熔煉6h，溫度為800℃，得鎂合金熔液；(4)打開熔煉爐放液口，將無(wú)機(jī)晶須投入到鎂合金熔體中，降溫至450℃成半固態(tài)混合熔體后，同時(shí)施加機(jī)械攪拌和電磁攪拌2h；(5)將攪拌后的混合熔體又升溫至800℃成全液態(tài)后，在混合熔液上方施加壓力50MPa，將其壓入到模具內(nèi)降溫冷卻，得無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

所述的機(jī)械攪拌攪拌葉片位于溶體底部，攪拌速度為800r/min；所述的電磁攪拌為無(wú)接觸式電磁攪拌，正弦波頻率為20Hz，電流峰值為15A。

實(shí)施例3

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，由包含如下組分和質(zhì)量百分含量組成：無(wú)機(jī)晶須25.0wt％，鎂合金75.0wt％；所述的無(wú)機(jī)晶須為纖維狀或四針狀，平均粒徑為5um，平均長(zhǎng)度為100um；所述的無(wú)機(jī)晶須為碳化硼；所述的鎂合金為鎂鋁錳合金。

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包含如下步驟：(1)按照上述各化學(xué)成分的質(zhì)量百分比準(zhǔn)備無(wú)機(jī)晶須和鎂合金原料；(2)將無(wú)機(jī)晶須放入保溫爐內(nèi)烘干預(yù)處理，溫度為390℃，保溫1h；(3)將鎂合金放入熔煉爐內(nèi)熔煉5h，溫度為700℃，得鎂合金熔液；(4)打開熔煉爐放液口，將無(wú)機(jī)晶須投入到鎂合金熔體中，降溫至420℃成半固態(tài)混合熔體后，同時(shí)施加機(jī)械攪拌和電磁攪拌1h；(5)將攪拌后的混合熔體又升溫至700℃成全液態(tài)后，在混合熔液上方施加壓力30MPa，將其壓入到模具內(nèi)降溫冷卻，得無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

所述的機(jī)械攪拌攪拌葉片位于溶體底部，攪拌速度為600r/min；所述的電磁攪拌為無(wú)接觸式電磁攪拌，正弦波頻率為20Hz，電流峰值為15A。

實(shí)施例4

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，由包含如下組分和質(zhì)量百分含量組成：無(wú)機(jī)晶須15.0wt％，鎂合金85.0wt％；所述的無(wú)機(jī)晶須為纖維狀或四針狀，平均粒徑為2um，平均長(zhǎng)度為70um；所述的無(wú)機(jī)晶須為氧化鋅；所述的鎂合金為鎂鋰合金。

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包含如下步驟：(1)按照上述各化學(xué)成分的質(zhì)量百分比準(zhǔn)備無(wú)機(jī)晶須和鎂合金原料；(2)將無(wú)機(jī)晶須放入保溫爐內(nèi)烘干預(yù)處理，溫度為385℃，保溫1.8h；(3)將鎂合金放入熔煉爐內(nèi)熔煉4.5h，溫度為660℃，得鎂合金熔液；(4)打開熔煉爐放液口，將無(wú)機(jī)晶須投入到鎂合金熔體中，降溫至430℃成半固態(tài)混合熔體后，同時(shí)施加機(jī)械攪拌和電磁攪拌2h；(5)將攪拌后的混合熔體又升溫至660℃成全液態(tài)后，在混合熔液上方施加壓力15MPa，將其壓入到模具內(nèi)降溫冷卻，得無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

所述的機(jī)械攪拌攪拌葉片位于溶體底部，攪拌速度為650r/min；所述的電磁攪拌為無(wú)接觸式電磁攪拌，正弦波頻率為20Hz，電流峰值為15A。

實(shí)施例5

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，由包含如下組分和質(zhì)量百分含量組成：無(wú)機(jī)晶須30.0wt％，鎂合金70.0wt％；所述的無(wú)機(jī)晶須為纖維狀或四針狀，平均粒徑為6um，平均長(zhǎng)度為150um；所述的無(wú)機(jī)晶須為氧化鋁；所述的鎂合金為鎂鋁鋅合金。

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包含如下步驟：(1)按照上述各化學(xué)成分的質(zhì)量百分比準(zhǔn)備無(wú)機(jī)晶須和鎂合金原料；(2)將無(wú)機(jī)晶須放入保溫爐內(nèi)烘干預(yù)處理，溫度為400℃，保溫2h；(3)將鎂合金放入熔煉爐內(nèi)熔煉4h，溫度為720℃，得鎂合金熔液；(4)打開熔煉爐放液口，將無(wú)機(jī)晶須投入到鎂合金熔體中，降溫至450℃成半固態(tài)混合熔體后，同時(shí)施加機(jī)械攪拌和電磁攪拌1h；(5)將攪拌后的混合熔體又升溫至720℃成全液態(tài)后，在混合熔液上方施加壓力40MPa，將其壓入到模具內(nèi)降溫冷卻，得無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

所述的機(jī)械攪拌攪拌葉片位于溶體底部，攪拌速度為800r/min；所述的電磁攪拌為無(wú)接觸式電磁攪拌，正弦波頻率為20Hz，電流峰值為15A。

實(shí)施例6

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，由包含如下組分和質(zhì)量百分含量組成：無(wú)機(jī)晶須15.0wt％，鎂合金85.0wt％；所述的無(wú)機(jī)晶須為纖維狀或四針狀，平均粒徑為8um，平均長(zhǎng)度為160um；所述的無(wú)機(jī)晶須為碳化硅、硼酸鎂和二氧化鈦的混合物；所述的鎂合金為鎂鋁錳合金。

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包含如下步驟：(1)按照上述各化學(xué)成分的質(zhì)量百分比準(zhǔn)備無(wú)機(jī)晶須和鎂合金原料；(2)將無(wú)機(jī)晶須放入保溫爐內(nèi)烘干預(yù)處理，溫度為400℃，保溫1.5h；(3)將鎂合金放入熔煉爐內(nèi)熔煉5h，溫度為680℃，得鎂合金熔液；(4)打開熔煉爐放液口，將無(wú)機(jī)晶須投入到鎂合金熔體中，降溫至400℃成半固態(tài)混合熔體后，同時(shí)施加機(jī)械攪拌和電磁攪拌0.5h；(5)將攪拌后的混合熔體又升溫至680℃成全液態(tài)后，在混合熔液上方施加壓力30MPa，將其壓入到模具內(nèi)降溫冷卻，得無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

所述的機(jī)械攪拌攪拌葉片位于溶體底部，攪拌速度為500r/min；所述的電磁攪拌為無(wú)接觸式電磁攪拌，正弦波頻率為20Hz，電流峰值為15A。

實(shí)施例7

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，由包含如下組分和質(zhì)量百分含量組成：無(wú)機(jī)晶須20.0wt％，鎂合金80.0wt％；所述的無(wú)機(jī)晶須為纖維狀或四針狀，平均粒徑為6um，平均長(zhǎng)度為90um；所述的無(wú)機(jī)晶須為硼酸鎂和石墨晶須的混合物；所述的鎂合金為鎂鋁稀土合金。

一種無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包含如下步驟：(1)按照上述各化學(xué)成分的質(zhì)量百分比準(zhǔn)備無(wú)機(jī)晶須和鎂合金原料；(2)將無(wú)機(jī)晶須放入保溫爐內(nèi)烘干預(yù)處理，溫度為400℃，保溫1.5h；(3)將鎂合金放入熔煉爐內(nèi)熔煉5.5h，溫度為780℃，得鎂合金熔液；(4)打開熔煉爐放液口，將無(wú)機(jī)晶須投入到鎂合金熔體中，降溫至450℃成半固態(tài)混合熔體后，同時(shí)施加機(jī)械攪拌和電磁攪拌1.5h；(5)將攪拌后的混合熔體又升溫至780℃成全液態(tài)后，在混合熔液上方施加壓力50MPa，將其壓入到模具內(nèi)降溫冷卻，得無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

所述的機(jī)械攪拌攪拌葉片位于溶體底部，攪拌速度為800r/min；所述的電磁攪拌為無(wú)接觸式電磁攪拌，正弦波頻率為20Hz，電流峰值為15A。

對(duì)實(shí)施例1-7制備得到的無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1。

表1

從表1的數(shù)據(jù)，本發(fā)明采用半固態(tài)機(jī)械-電磁雙重?cái)嚢梃T造工藝制備無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的摩擦力為71.6-76.3N，摩擦系數(shù)為0.45-0.48，說(shuō)明本復(fù)合材料具有良好的耐摩擦性能；硬度為170-183HBS，拉伸強(qiáng)度、彈性模量、延伸率等力學(xué)數(shù)據(jù)也表明材料具有優(yōu)異的綜合力學(xué)強(qiáng)度和硬度特性；此外，該材料外觀尺寸細(xì)小、分布均勻、空隙率較小，耐熱及耐蝕好，具有良好的抗熱沖擊、抗氧化性能等特點(diǎn)；同時(shí)，該工藝簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉，表現(xiàn)出良好的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。