一種鈦合金顆粒增強鎂基復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鎂基復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 目前普遍采用陶瓷顆粒作為鎂基復合材料的增強體，如SiC、B4C、TiC、TiC、Al20 3、 Y203、Ti02、Mg2Si等，這主要是因為陶瓷具有極高的強度、剛度、楊氏模量和較好的穩(wěn)定性， 但是以其增強的復合材料在提高材料強度的同時，塑性遠低于基體材料，這一問題限制了 鎂基復合材料更為廣泛的應用。
[0003] 鈦具有強度高、塑韌性好、耐蝕性好、耐熱性高等特點，鈦的密度較小，并且鈦是比 強度最高的金屬，與常見陶瓷顆粒增強體相比，鈦具有最大的優(yōu)勢是鈦與鎂之間的物理化 學性質相似，兼容性很好，并且鈦和鎂之間的潤濕性特別好，將常見的TC4鈦合金顆粒加入 到鎂合金中，有望可以得到強度高和塑韌性好兼顧的鎂基復合材料?，F(xiàn)有方法主要局限于 粉末冶金的制備方法，通過粉末冶金法制備的復合材料，其基體與顆粒之間的界面結合是 通過熱壓燒結使固相基體顆粒和固相增強體顆粒結合起來的，這種通過固相與固相結合制 備出的復合材料，其界面結合通常較差。另外，由于TC4鈦合金顆粒的密度要比鎂合金稍大 些，所以當長時間靜置鈦合金顆粒-鎂合金熔體時，就會發(fā)生顆粒沉積的現(xiàn)象，引起顆粒分 布不均勻的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是要解決目前的鎂基復合材料還無法同時具備強度較高和塑性較好的技 術問題，從而提供一種鈦合金顆粒增強鎂基復合材料的制備方法。
[0005] 本發(fā)明的鈦合金顆粒增強鎂基復合材料的制備方法按以下步驟進行：
[0006] -、制備半固態(tài)熔融鎂合金：將基體鎂合金升溫至700°C~750°C，待基體合金完 全熔化后將溫度降至560°C~600°C，得到半固態(tài)熔融鎂合金；
[0007] 二、制備鈦合金顆粒-鎂合金混合熔體：將鈦合金顆粒加熱到100°C~200°C，預熱 20min~50min，然后將步驟一得到的半固態(tài)恪融鎂合金在轉速為600rpm~lOOOrpm的條 件下進行攪拌，攪拌的同時將預熱好的鈦合金顆粒加入到半固態(tài)熔融鎂合金中，繼續(xù)在轉 速為lOOOrpm~1500rpm的條件下進行攪拌5min~lOmin，得到鈦合金顆粒-鎂合金混合 熔體；其中，所述的鈦合金顆粒與半固態(tài)熔融鎂合金的體積比為1: (4~9);
[0008] 三、制備鈦合金顆粒增強鎂基復合材料：將步驟二得到的鈦合金顆粒-鎂合 金混合熔體在攪拌狀態(tài)下加熱至液態(tài)，在升溫階段采用轉速最大的無渦流攪拌，轉速 為250rpm~300rpm，然后將液態(tài)混合熔體澆注到溫度為400°C~450°C的模具中，并在 lOOMPa~150MPa壓力下凝固，即得到鈦合金顆粒增強鎂基復合材料。
[0009] 本發(fā)明包含以下優(yōu)點：
[0010] 本發(fā)明采用攪拌鑄造方法制備了鈦合金顆粒增強鎂基復合材料，將鎂合金先升溫 后降溫形成半固態(tài)，然后將事先預熱好的鈦合金顆粒倒入到半固態(tài)熔體中同時進行半固態(tài) 攪拌，攪拌預定時間后把混合熔體升溫至液態(tài)，并將熔體澆注到模具中壓鑄成形。
[0011] (1)本發(fā)明在制備過程中要對鈦合金顆粒進行加熱烘干，且預熱溫度為100°c~ 200°C，預熱時間為20min~50min，這樣既可以減少吸附在顆粒表面的氣體量，提高顆粒與 合金基體之間的潤濕性，有利于顆粒的分散，又不至于使鈦合金顆粒氧化嚴重，如果預熱溫 度過高，就會使顆粒表面形成致密的TiOjl，這種陶瓷相就間隔了鈦合金顆粒和基體之間 的結合，會導致顆粒與基體之間界面結合較差；
[0012] (2)本發(fā)明采用液態(tài)制備方法，充分發(fā)揮鎂液在鈦顆粒表面潤濕性好的特點，因而 鈦合金顆粒與基體之間界面結合很好，且顆粒在合金熔體中易于分散，顆粒在基體中分布 均勻，這樣就可以使鈦合金顆粒強度高和塑韌性好的特點得到充分發(fā)揮，從而提高鎂基復 合材料的綜合性能，避免了其他方法如粉末冶金的顆粒與基體之間界面結合較差等問題；
[0013] (3)本發(fā)明在半固態(tài)攪拌階段攪拌時間較短，僅為5min~lOmin，這樣就大大避免 了因攪拌時間過長導致的氧化夾雜嚴重和氣孔含量高的問題。這是因為鈦與鎂之間的潤濕 性特別好，攪拌較短時間就會使鈦合金顆粒在基體中分散均勻；
[0014] (4)本發(fā)明可以方便地改變鈦合金顆粒的體積分數(shù)和顆粒尺寸，制得各種體積分 數(shù)和各種顆粒尺寸大小的鈦合金顆粒增強的鎂基復合材料；
[0015] (5)本發(fā)明采用鈦合金顆粒作為鎂合金的增強體，與同體積分數(shù)同顆粒尺寸陶瓷 顆粒（如SiC、TiC等）增強鎂基復合材料相比，TC4P/AZ91鎂基復合材料的強度和塑性都 明顯好于后者，可應用于航空航天、汽車、運動器械領域。
【附圖說明】
[0016] 圖1為實施例1制備的TC4p/AZ91鎂基復合材料的SEM圖；
[0017] 圖2為實施例2制備的TC4p/AZ91鎂基復合材料的SEM圖；
[0018] 圖3為實施例3制備的TC4p/AZ91鎂基復合材料的SEM圖；
[0019] 圖4為實施例4制備的TC4p/AZ91鎂基復合材料的SEM圖；
[0020] 圖5是AZ91鎂合金和TC4p/AZ91鎂基復合材料的拉伸曲線，曲線1為AZ91鎂合 金的拉伸曲線，曲線2是實施例1中制備的45yml0% TC4p/AZ91鎂基復合材料的拉伸曲 線，曲線3是實施例2中制備的45 y ml5% TC4p/AZ91鎂基復合材料的拉伸曲線，曲線4是 實施例3中制備的45 y m20% TC4p/AZ91鎂基復合材料的拉伸曲線，曲線5是實施例4中制 備的25 ymlO% TC4p/AZ91鎂基復合材料的拉伸曲線。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0021] 一：本實施方式的鈦合金顆粒增強鎂基復合材料的制備方法按以下 步驟進行：
[0022] 一、制備半固態(tài)熔融鎂合金：將基體鎂合金升溫至700°C~750°C，待基體合金完 全熔化后將溫度降至560°C~600°C，得到半固態(tài)熔融鎂合金；
[0023] 二、制備鈦合金顆粒-鎂合金混合熔體：將鈦合金顆粒加熱到100°C~200°C，預熱 20min~50min，然后將步驟一得到的半固態(tài)恪融鎂合金在轉速為600rpm~lOOOrpm的條 件下進行攪拌，攪拌的同時將預熱好的鈦合金顆粒加入到半固態(tài)熔融鎂合金中，繼續(xù)在轉 速為lOOOrpm~1500rpm的條件下進行攪拌5min~10min，得到鈦合金顆粒-鎂合金混合 熔體；其中，所述的鈦合金顆粒與半固態(tài)熔融鎂合金的體積比為1: (4~9);
[0024] 三、制備鈦合金顆粒增強鎂基復合材料：將步驟二得到的鈦合金顆粒-鎂合金混 合熔體在攪拌狀態(tài)下加熱至液態(tài)，然后將液態(tài)混合熔體澆注到溫度為400°C~450°C的模 具中，并在lOOMPa~150MPa壓力下凝固，即得到鈦合金顆粒增強鎂基復合材料。
【具體實施方式】 [0025] 二：本實施方式與一不同的是：步驟一中將鎂合金基 體升溫至710°C~740°C，然后將溫度降至570°C~600°C，得到半固態(tài)熔融鎂合金。其它與 一相同。
【具體實施方式】 [0026] 三：本實施方式與一不同的是：步驟一中將鎂合金基 體升溫至720°C~730°C，然后將溫度降至580°C~600°C，得到半固態(tài)熔融鎂合金。其它與 一相同。
【具體實施方式】 [0027] 四：本實施方式與一不同的是：步驟一中將鎂合金基 體升溫至720°C~730°C，然后將溫度降至590°C~600°C，得到半固態(tài)熔融鎂合金。其它與 一相同。
【具體實施方式】 [0028] 五：本實施方式與一不同的是：步驟二中鈦合金的預 熱溫度為120°C~180°C，預熱時間為30min~50min，然后將步驟一得到的半固態(tài)熔融鎂合 金在轉速為600rpm~lOOOrpm的條件下進行攪拌，同時將預熱顆粒倒入到鎂合金半固態(tài)恪 體中，繼續(xù)在lOOOrpm~1500rpm的條件下進行攪拌，攪拌時間為6min~10min，并且所述 的鈦合金顆粒與半固態(tài)熔融鎂合金的體積比為1: (5~8)。其它與一相同。
【具體實施方式】 [0029] 六：本實施方式與一不同的是：步驟二中鈦合金的預 熱溫度為140°C~160°C，預熱時間為40min~50min，然后將步驟一得到的半固態(tài)熔融鎂合 金在轉速為600rpm~lOOOrpm的條件下進行攪拌，同時將預熱顆粒倒入到鎂合金半固態(tài)恪 體中，繼續(xù)在lOOOrpm~1500rpm的條件下進行攪拌，攪拌時間為8min~10min，并且所述 的鈦合金顆粒與半固態(tài)熔融鎂合金的體積比為1: (6~7)。其它與一相同。
【具體實施方式】 [0030] 七：本實施方式與一不同的是：步驟二中鈦合金的 預熱溫度為150°c，預熱時間為45min，然后將步驟一得到的半固態(tài)熔融鎂合金在轉速為 600rpm~lOOOrpm的條件下進行攪拌，同時將預熱顆粒倒入到鎂合金半固態(tài)恪體中，繼續(xù) 在lOOOrpm~1500rpm的條件下進行攪拌，攪拌時間為9min，并且所述的鈦合金顆粒與半固 態(tài)熔融鎂合金的體積比為1: (6~7)。其它與一相同。
【具體實施方式】 [0031] 八：本實施方式與一不同的是：步驟三中將步驟二得 到的合金熔體加熱至液態(tài)，然后將液態(tài)的合金熔體澆注到溫度為420°C~450°C的模具中 并在120MPa~150MPa壓力下凝固，得到鈦合金顆粒增強鎂基復合材料。其它與具體實施 方式一相同。
【具體實施方式】 [0032] 九：本實施方式與一不同的是：步驟三中將步驟二得 到的合金熔體加熱至液態(tài)，然后將液態(tài)的合金熔體澆注到溫度為430°C~450°C的模具中 并在130MPa~150MPa壓力下凝固，得到鈦合金顆粒增強鎂基復合材料。其它與具體實施 方式一相同。
【具體實施方式】 [0033] 十：本實施方式與一不同的是：步驟一中所述的基體 鎂合金為AZ91鎂合金。其它與一相同。
[0034]
【具體實施方式】^^一 ：本實施方式與【具體實施方式】一不同的是：步驟三中鈦合金顆 粒-鎂合金混合熔體在攪拌狀態(tài)下加熱至液態(tài)中所述的攪拌是采用轉速最大的無渦流攪 拌，轉速為250rpm~300rpm。其它與【具體實施方式】一相同。
[0035] 下面結合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實施例：
[0036] 實施例1 :
[0037] 本實施例的鈦合金顆粒增強鎂基復合材料的制備方法按以下步驟進行：
[0038] (1)制備半固態(tài)熔