專(zhuān)利名稱(chēng)：一種原位顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的電磁/超聲制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鎂基復(fù)合材料的制備方法，特別是一種用連鑄 技術(shù)制備鎂基復(fù)合材料的方法。
背景技術(shù)：
鎂基復(fù)合材料是一種將增強(qiáng)體引入鎂合金基體中，從而起到增強(qiáng)作用的多相材料。增強(qiáng) 體的引入既顯著提高基體材料的比模量、比強(qiáng)度和蠕變性能，又提高了鎂合金的使役溫度， 可以滿足航空結(jié)構(gòu)材料不斷發(fā)展的需要。
鎂基復(fù)合材料主要分為兩大類(lèi)連續(xù)纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料和非連續(xù)顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合 材料。連續(xù)纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料是以碳纖維、硼纖維或碳化硅纖維或晶須作為增強(qiáng)劑，加 入到鎂合金基體中；非連續(xù)顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料是在鎂合金基體內(nèi)引入各種陶瓷增強(qiáng)顆粒 ，比如SiC、 Mg2Si、 TiC、 TiB2等。
中國(guó)專(zhuān)利，金屬基復(fù)合材料水平連鑄方法與設(shè)備，CN1060978C，
公開(kāi)日2001年1月24日，公 開(kāi)了一種借助機(jī)械攪拌制備鎂基復(fù)合材料的漿料，并用水平連鑄過(guò)程獲得鎂合金鑄錠的方法 。它采用引入外來(lái)增強(qiáng)顆粒的方法，但是增強(qiáng)體的尺寸受其原材料尺寸的影響，往往在幾微 米至幾十微米級(jí)，很少小于1.0微米，鎂及鎂合金密度小、比強(qiáng)度高、熔點(diǎn)低、易氧化燃燒 ，增強(qiáng)顆粒難以引入；外加增強(qiáng)體復(fù)合法工藝復(fù)雜、成本高、增強(qiáng)體與基體結(jié)合不良且易偏 聚，性能不均勻，會(huì)有許多缺陷產(chǎn)生。
中國(guó)專(zhuān)利，重熔增強(qiáng)相載體制備顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的方法，CN1152969C，
公開(kāi)日
2004年6月9日，采用自蔓延合成反應(yīng)在金屬鎂中原位生成TiC增強(qiáng)顆粒，再將自蔓延反應(yīng)產(chǎn)物 在鎂合金熔體中溶解擴(kuò)散，澆注后可以得到鎂基復(fù)合材料。該方法是將鎂液倒入金屬型中制 備鑄造鎂基復(fù)合材料，生產(chǎn)效率較低，不適于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種原位顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的電磁/超聲制備方法，目的是解決鎂合 金基體強(qiáng)度不高，引入增強(qiáng)體顆粒與基體結(jié)合不良且易偏聚，所得鎂基復(fù)合材料性能不均勻 ，且成本高，不適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的問(wèn)題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括以下步驟
步驟l、熔煉鎂基熔體，比如AZ系列、ZK系列等，添加微合金化元素Ca、稀土Y、稀土Ce 中的一種或者幾種。
步驟2、選擇A1-Ti-C或A1-Ti-B增強(qiáng)體系，采用自蔓延高溫合成法原位合成含增強(qiáng)顆粒 的鎂基復(fù)合材料熔體，在660 78(TC對(duì)鎂基復(fù)合材料熔體施加電磁/超聲復(fù)合攪拌，施加時(shí) 間10 50min。電磁攪拌頻率范圍l 50Hz，電磁攪拌功率l 30kW;超聲頻率范圍15kHz 40kHz，超聲功率300W、 500W、 800W、 lkW、 1. 5kW或2kW。
步驟3、采用連鑄工藝將鎂基復(fù)合材料熔體連鑄成型。在結(jié)晶器范圍內(nèi)施加電磁場(chǎng)和超 聲場(chǎng)，電源頻率為l 7kHz，電源功率為10 150kW，超聲頻率范圍15kHz 40kHz，超聲功 率300W、 500W、 800W、 lkW、 1. 5kW或2kW。其它連鑄工藝參數(shù)為澆注溫度680 730°C ，鑄造速度40 150mm/min。連鑄過(guò)程中，結(jié)晶器內(nèi)鎂基復(fù)合材料熔體采用氣體保護(hù)。
本發(fā)明將復(fù)合材料自蔓延反應(yīng)法與電磁連續(xù)鑄造技術(shù)、超聲波技術(shù)有機(jī)地結(jié)合，用于鎂 基復(fù)合材料連鑄坯的制備，能夠得到表面光潔、顆粒增強(qiáng)相在基體中均勻分布的鎂基復(fù)合材 料連鑄坯，增強(qiáng)體與基體結(jié)合良好，增強(qiáng)效果明顯提高，并且制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低， 適于大批量工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖
詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，以制備小120mm的TiC顆粒增 強(qiáng)鎂基復(fù)合材料連鑄坯為例說(shuō)明。 實(shí)施例l
步驟l、熔煉ZK60鎂合金，升溫至78(TC加入1^的稀土Y元素，保溫20min后，降溫至680 r加入l^的Ca元素，再保溫20min，升溫至72(TC。
步驟2、選擇A1-Ti-C增強(qiáng)體系。A1含量為50X， Ti、 C摩爾比Ti: C = l: 1，真空球磨8h 后壓制成預(yù)制塊，并在55(TC下預(yù)熱3h。將預(yù)制塊加入到75(TC的ZK60鎂合金熔體中，使其發(fā) 生自蔓延高溫反應(yīng)，原位合成出TiC增強(qiáng)顆粒。合金熔體降溫至68(TC時(shí)，施加5kW、 15Hz電 磁場(chǎng)和300W、 20kHz超聲場(chǎng)對(duì)熔體攪拌30min，獲得增強(qiáng)相分布較均勻的鎂基復(fù)合材料熔體。
步驟3、采用半連續(xù)鑄造法制備鎂基復(fù)合材料連鑄坯。連鑄過(guò)程，在結(jié)晶器范圍內(nèi)施加 10kW、 5kHz電磁場(chǎng)和300W、 15kHz超聲場(chǎng)。其它連鑄工藝參數(shù)為澆注溫度720°C，鑄造速度60mm/min。連鑄過(guò)程中，結(jié)晶器內(nèi)鎂基復(fù)合材料熔體采用混合氣體(50%C02、 0. 4%SF6， 余量為干燥空氣)保護(hù)。 實(shí)施例2
步驟l、熔煉AZ31鎂合金，升溫至78(TC加入1^的稀土Y元素，保溫20min后，降溫至680 r加入l^的Ca元素，再保溫20min，升溫至76(TC。
步驟2、選擇A1-Ti-C增強(qiáng)體系。A1含量為50X， Ti、 C摩爾比Ti: C = l: 1，真空球磨8h 后壓制成預(yù)制塊，并在55(TC下預(yù)熱3h。將預(yù)制塊加入到76(TC的AZ31鎂合金熔體中，使其發(fā) 生自蔓延高溫反應(yīng)，原位合成出TiC增強(qiáng)顆粒。合金熔體降溫至72(TC時(shí)，對(duì)熔體施加15min 的15kW、 50Hz電磁場(chǎng)和800W、 20kHz超聲場(chǎng)攪拌，獲得增強(qiáng)相分布較均勻的鎂基復(fù)合材料熔 體。
步驟3、采用半連續(xù)鑄造法制備鎂基復(fù)合材料連鑄坯。連鑄過(guò)程，在結(jié)晶器范圍內(nèi)施加 30kW、 lkHz電磁場(chǎng)和300W、 20kHz超聲場(chǎng)。其它連鑄工藝參數(shù)為澆注溫度720°C，鑄造速 度50mm/min。連鑄過(guò)程中，結(jié)晶器內(nèi)鎂基復(fù)合材料熔體采用混合氣體(50%C02、 0. 4%SF6， 余量為干燥空氣)保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種原位顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的電磁/超聲制備方法，其特征在于包含以下步驟步驟1、熔煉鎂基熔體，添加微合金化元素Ca、稀土Y、稀土Ce中的一種或者幾種；步驟2、選擇Al-Ti-C或Al-Ti-B增強(qiáng)體系，采用自蔓延高溫合成法原位合成含增強(qiáng)顆粒的鎂基復(fù)合材料熔體，對(duì)鎂基復(fù)合材料熔體施加電磁/超聲復(fù)合攪拌；在660～780℃對(duì)鎂基復(fù)合材料熔體施加電磁/超聲復(fù)合攪拌，施加時(shí)間是10～50min，電磁攪拌頻率是1～50Hz，電磁攪拌功率是1～30kW；超聲頻率范圍是15kHz～40kHz，超聲功率是300W、500W、800W、1kW、1.5kW、2kW；步驟3、采用連鑄工藝將鎂基復(fù)合材料熔體連鑄成型，在結(jié)晶器范圍內(nèi)施加電磁場(chǎng)和超聲場(chǎng)，電源頻率為1～7kHz，電源功率為10～150kW，超聲頻率范圍為15kHz～40kHz，超聲功率為300W、500W、800W、1kW、1.5kW或2kW。
全文摘要
一種原位顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的電磁/超聲制備方法，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)一種用電磁連鑄技術(shù)制備鎂基復(fù)合材料的方法。其特征是熔煉添加微合金化元素Ca、稀土Y、稀土Ce的鎂基熔體；選擇Al-Ti-C或Al-Ti-B增強(qiáng)體系，采用自蔓延高溫合成法原位合成含增強(qiáng)顆粒的鎂基復(fù)合材料熔體，對(duì)鎂基復(fù)合材料熔體施加電磁/超聲復(fù)合攪拌；最后采用連鑄工藝將鎂基復(fù)合材料熔體連鑄成型，并且在結(jié)晶器范圍內(nèi)施加電磁場(chǎng)和超聲場(chǎng)，獲得多相增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料連鑄坯。本發(fā)明的效果和益處是將復(fù)合材料自蔓延反應(yīng)法與電磁連續(xù)鑄造技術(shù)、超聲波技術(shù)有機(jī)地結(jié)合，得到表面光潔、顆粒增強(qiáng)相在基體中均勻分布、增強(qiáng)體與基體結(jié)合良好的鎂基復(fù)合材料連鑄坯，制備工藝簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)C22C1/02GK101608277SQ20091030285
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月2日
發(fā)明者季首華, 張興國(guó), 房燦峰, 非 賈, 海 郝, 金俊澤 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)