[发明专利]电磁分离制备Al/Mg2Si功能梯度材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料技术领域的制备方法，具体一种电磁分离制备Al/Mg₂Si功能梯度材料的方法。

背景技术

功能梯度材料(FGM)，又称倾斜功能材料。一般复合材料中分散相是均匀分布的，整体材料的性能是同一的，但是在有些情况下，人们常常希望同一件材料的两侧具有不同的性质或功能，又希望不同性能的两侧结合得完美，从而不至于在苛刻的使用条件下因性能不匹配而发生破坏。针对这种情况，日本学者平井敏雄、新野正之和渡边龙三于1987年首先提出了功能梯度材料的新设想和新概念，并展开研究，引起了材料界的广泛关注。这种全新的材料设计概念的基本思想是：依据使用要求，选择两种不同性能的材料，采用先进的材料复合技术，使中间部分的组成和结构连续地呈梯度变化，内部不存在明显的界面，从而使材料的性质和功能沿厚度方向也呈梯度变化的一种新型复合材料。这种复合材料的显著特点是克服了两种材料结合部位的性能不匹配因素，同时材料的两侧具有不同的功能。由于材料构成要素(成分、组织结构等)在几何空间上连续变化，从而得到性能在几何空间上也是连续变化的非均质材料，在复杂环境下使用时，要比性能均匀的材料具有更大优势。功能梯度材料由于其广阔的应用前景而引起人们的高度重视，国内外都对此进行了广泛的研究，功能梯度材料的制备方法也较多。

经对现有技术的文献检索发现，张希华等在《Journal of The ChineseCeramic Society》(《硅酸盐学报》)(2005，Volume33，P806-810)发表的“热压烧结法制备碳化钛/氧化铝复合材料”一文中采用热压烧结法来制备功能梯度材料，该方法中首先将原料粉末按不同混合比均匀混合，然后以梯度分布方式积层排列，再压制烧结而成，其不足在于工艺比较复杂，制备的梯度材料有一定的孔隙率；王宁等在《天津冶金》(2004，Volume2，P29-31)发表的“等离子喷涂及梯度功能材料研究进展”一文中采用等离子喷涂法来制备功能梯度材料，该方法中原料粉末送至等离子射流中，以熔融或半熔融状态直接喷射到基体上形成多层喷涂层，在喷涂过程中改变原料粉末的组合比例、等离子射流的温度和流速来调整组织和成分，获得功能梯度材料，其不足在于梯度涂层与基体间的结合强度不高，并存在涂层组织不均匀、空洞疏松、表面粗糙等缺陷；李益民等在《中南工业大学学报》(2004，Volume27，P551-555)发表的“自蔓延高温反应合成Ti/Al₂O₃梯度功能材料”一文中采用自蔓延高温合成法来制备功能梯度材料，该方法是利用自身反应热的一种材料合成方法，其成形、烧结一步完成，其不足在于组成相不均匀，造成反应热相差较大，直接影响到反应的稳定传播和烧结平衡，从而影响到材料的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电磁分离制备Al/Mg₂Si功能梯度材料的方法，使其利用电磁分离法，通过对工艺参数的合理控制来制备出高质量的功能梯度材料。

本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤：

第一步，将铸型放在电磁铁两极中间，并将两个直流电极插入铸型中；

第二步，开通电磁铁电源，使电磁铁产生磁场，将过共晶Al/Mg₂Si合金熔体浇入铸型中，并同时开通直流电源，使过共晶Al/Mg₂Si合金熔体中产生直流电流；

第三步，在电磁场和直流电流的影响下，过共晶Al/Mg₂Si合金熔体中的初生相将受到电磁挤压力的作用而迁移，当合金完全凝固时，切断电磁铁电源和直流电源，取出即得到Al/Mg₂Si功能梯度材料。

所述的第一步中，铸型的温度为200℃～600℃。

所述的第二步中，电磁铁产生的电磁力范围为0.6×10⁴N/m³～3×10⁴N/m³。

所述的第三步中，过共晶Al/Mg₂Si合金熔体浇注温度为650℃～850℃。

所述的第三步中，开通直流电源的大小为20A，直流电流的通电时间为10~15分钟。