專利名稱：一種增強az91d鎂合金力學性能的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬基復合材料的制備技術。
背景技術：
AZ91D鎂合金是開發(fā)最早、應用最廣的鎂合金之一，具有密度小、比強度大、阻尼性 好、導熱性好等優(yōu)點，在汽車、電子、電器等工業(yè)領域得到廣泛應用。但是AZ91D鎂合金也有 以下幾方面的缺點強度不高、塑性成形性差，工業(yè)應用中無法制作成高強度的結構材料， 鑄件成形方法也有局限性，阻礙了 AZ91D鎂合金的應用和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提高AZ91D復合材料的綜合力學性能。本發(fā)明是一種增強AZ91D鎂合金力學性能的方法，其步驟為(1)采用陽極弧等離子體法制備出碳納米管(CNTs)①將碳納米管放入濃HNO3和濃H2SO4按體積比1 3配制的混合酸中浸泡24小 時，用去離子水沖洗，靜置4小時，收集上清液，反復沖洗若干次，直到pH = 7，將上清液全部 收集起來靜置24小時使其沉淀，然后把沉淀物抽濾并烘干；②將烘干的沉淀物放入SnCl2 · 2H20 :20g/L, HCl :40g/L的敏化液中敏化，使SnCl2 沉積在碳納米管的表面上，對溶液反復水洗直到PH = 7后將其烘干；③將其放入PdCl2 0. 5g/L，HCl :40g/L的活化液中靜置10分鐘，然后反復水洗，直 到pH = 7后烘干；④再將其放入的鍍液中磁力攪拌10分鐘，然后超聲震蕩30分鐘后進行水洗，直到 PH = 7 后烘干；鍍液的成分及濃度為=NiSO4 :40g/L, Na3C6H5O7 :50g/L 和 NaH2PO2 :40g/L ；⑤最后把鍍覆后的碳納米管放入真空管式爐中進行熱處理，溫度為400°C，時間為 3小時；(2)將鑄態(tài)AZ91D放入鑄鐵坩堝中在充氬氣的熔煉爐中加熱并在720°C溫度下熔 化。(3) CNTs和SiCp加入前放入研缽中研磨20分鐘；將鍍鎳CNTs和SiCp加入到坩堝 中攪拌，攪拌時間為5分鐘，按體積百分數(shù)計，CNTs和SiCp的含量分別為1. 0%和3. 0%, AZ91D基體的體積分數(shù)為96. 0% ；(4)靜置1分鐘，待爐溫升至720°C時，進行澆鑄，凝固后進行起模；在澆鑄前將潔 凈并干燥的模具放進已加熱到300°C的另一個爐子內(nèi)預熱，并在模具表面涂上一層薄薄的 ZnO0本發(fā)明的有益之處在于本發(fā)明使AZ91D復合材料的強度和硬度提高的同時，其 延伸率也得到提高。復合材料的彈性模量、布氏硬度、抗拉強度、延伸率分別比AZ91D基體 材料提高了 29. 8%,9. 39%,46. 77%、14. 69%。


圖1為AZ91D復合材料的金相照片，圖2為CNTs/SiCp/AZ91D復合材料的金相照 片。
具體實施例方式本發(fā)明是一種增強AZ91D鎂合金力學性能的方法，其步驟為(1)采用陽極弧等離子體法制備出碳納米管(CNTs)①將碳納米管放入濃HNO3和濃H2SO4按體積比1 3配制的混合酸中浸泡24小 時，用去離子水沖洗，靜置4小時，收集上清液，反復沖洗若干次，直到pH = 7，將上清液全部 收集起來靜置24小時使其沉淀，然后把沉淀物抽濾并烘干；②將烘干的沉淀物放入SnCl2 · 2H20 :20g/L, HCl :40g/L的敏化 液中敏化，使SnCl2 沉積在碳納米管的表面上，對溶液反復水洗直到PH = 7后將其烘干；③將其放入PdCl2 0. 5g/L，HCl :40g/L的活化液中靜置10分鐘，然后反復水洗，直 到pH = 7后烘干；④再將其放入的鍍液中磁力攪拌10分鐘，然后超聲震蕩30分鐘后進行水洗，直到 PH = 7 后烘干；鍍液的成分及濃度為=NiSO4 :40g/L, Na3C6H5O7 :50g/L 和 NaH2PO2 :40g/L ；⑤最后把鍍覆后的碳納米管放入真空管式爐中進行熱處理，溫度為400°C，時間為 3小時；(2)將鑄態(tài)AZ91D放入鑄鐵坩堝中在充氬氣的熔煉爐中加熱并在720°C溫度下熔 化。(3) CNTs和SiCp加入前放入研缽中研磨20分鐘；將鍍鎳CNTs和SiCp加入到坩堝 中攪拌，攪拌時間為5分鐘，按體積百分數(shù)計，CNTs和SiCp的含量分別為1. 0%和3. 0%, AZ91D基體的體積分數(shù)為96. 0% ；(4)靜置1分鐘，待爐溫升至720°C時，進行澆鑄，凝固后進行起模；在澆鑄前將潔 凈并干燥的模具放進已加熱到300°C的另一個爐子內(nèi)預熱，并在模具表面涂上一層薄薄的 ZnO0最佳工藝參數(shù)是攪拌溫度為720 °C，攪拌時間為5分鐘。CNTs和SiCp的 含量分別為1.0vol%和3. Ovol %時，復合材料的綜合力學性能最好，在這個材料配比 (1. Ovol % CNTs/3. Ovol % SiCp/AZ91D)下，與基體材料 AZ91D 相比，復合材料 1. Ovol % CNTs/3. Ovol % SiCp/AZ91D的彈性模量、硬度、抗拉強度和延伸率分別為56. 61Gpa、65. 14 個布氏硬度、278. 84MP和3. 899 %，比基體材料AZ9ID (彈性模量43. 61Gpa、硬度59. 55、抗 拉強度 189. 98MP 和延伸率 3. 40% )分別提高了 29. 8%,9. 39%,46. 77%和 14. 69% 如圖1所示，鑄態(tài)AZ91D的組織中主要包括兩種，一種是以白色晶粒形式存在的 α-Mg，以大量的樹枝晶形式存在；另一種是在晶界處析出的β-Mg17Al12，且呈連續(xù)網(wǎng)狀分 布。如圖2所示，加入CNTs和SiCp增強相后，原來呈連續(xù)網(wǎng)狀分布的β-Mg17Al12變成斷網(wǎng) 分布，說明CNTs和SiCp的加入起到細化了晶粒的作用。AZ91D合金基體中存在大量CNTs、SiCp，它們與基體的熱膨脹系數(shù)(CTE)差別很大 (Mg 的 CTE = 26 X IO-V0C, SiCp 的 CTE = 4X 1(T6/°C，CNTs 的 CTE ^ 0)，在復合材料的冷 卻凝固過程中，增強相和基體的收縮量不同，從而在CNTs、SiCp附近產(chǎn)生高密度的位錯，放出一系列的位錯環(huán)，隨著位錯環(huán)的增多和變大，位錯環(huán)的應力場增大。當應力場增大到一定程度后，將阻礙位錯的滑移，于是產(chǎn)生了位錯強化，使得基體的強度增大。細晶強化、位錯強 化的共同作用，使復合材料的力學性能得到較大程度的提高。鍍鎳CNTs增加了 CNTs和AZ91D合金基體之間的相容性。CNTs具有極高的抗拉強度和彈性模量，而SiCp的硬度較大，在金屬基體中實現(xiàn)優(yōu) 勢互補，起到了承載外加載荷和應力轉移的作用。CNTs和SiCp加入前放入研缽中研磨20分鐘，提高了 CNTs在基體中的分散性。由于CNTs的韌性很好，另外，當晶粒細化后，提高了晶粒內(nèi)部的變形向周圍協(xié)調(diào) 的幾率，最終提高復合材料的塑性，使復合材料的延伸率得到提高。
權利要求
一種增強AZ91D鎂合金力學性能的方法，其步驟為(1)采用陽極弧等離子體法制備出碳納米管①將碳納米管放入濃HNO3和濃H2SO4按體積比1∶3配制的混合酸中浸泡24小時，用去離子水沖洗，靜置4小時，收集上清液，反復沖洗若干次，直到pH＝7，將上清液全部收集起來靜置24小時使其沉淀，然后把沉淀物抽濾并烘干；②將烘干的沉淀物放入SnCl2·2H2O20g/L，HCl40g/L的敏化液中敏化，使SnCl2沉積在碳納米管的表面上，對溶液反復水洗直到pH＝7后將其烘干；③將其放入PdCl20.5g/L，HCl40g/L的活化液中靜置10分鐘，然后反復水洗，直到pH＝7后烘干；④再將其放入的鍍液中磁力攪拌10分鐘，然后超聲震蕩30分鐘后進行水洗，直到pH＝7后烘干；鍍液的成分及濃度為NiSO440g/L、Na3C6H5O750g/L和NaH2PO240g/L；⑤最后把鍍覆后的碳納米管放入真空管式爐中進行熱處理，溫度為400℃，時間為3小時；(2)將鑄態(tài)AZ91D放入鑄鐵坩堝中在充氬氣的熔煉爐中加熱并在720℃溫度下熔化；(3)CNTs和SiCp加入前放入研缽中研磨20分鐘；將鍍鎳CNTs和SiCp加入到坩堝中攪拌，攪拌時間為5分鐘，按體積百分數(shù)計，CNTs和SiCp的含量分別為1.0％和3.0％，AZ91D基體的體積分數(shù)為96.0％；(4)靜置1分鐘，待爐溫升至720℃時，進行澆鑄，凝固后進行起模；在澆鑄前將潔凈并干燥的模具放進已加熱到300℃的另一個爐子內(nèi)預熱，并在模具表面涂上一層薄薄的ZnO。
全文摘要
一種增強AZ91D鎂合金力學性能的方法，其目的是提高AZ91D復合材料的綜合力學性能，其制備方法是采用陽極弧等離子體法制備出碳納米管，對碳納米管進行提純、敏化、活化和鍍鎳；將AZ91D鑄態(tài)放入720℃鑄鐵坩堝中熔化，熔化后加入CNTs和SiCp并進行攪拌，攪拌時間為5分鐘；之后進行澆鑄，凝固后進行起模，通過細化晶粒、位錯強化方式，使復合材料的彈性模量、硬度、抗拉強度、延伸率比AZ91D分別提高了29.8％、9.39％、46.77％、14.69％。
文檔編號C01B31/02GK101818314SQ20091011760
公開日2010年9月1日 申請日期2009年11月16日 優(yōu)先權日2009年11月16日
發(fā)明者戴劍鋒, 李維學, 王敦棟, 王青, 石剛, 郝遠, 金輝, 陳體軍 申請人:蘭州理工大學