[发明专利]一种增强镁基复合材料性能的方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种增强纯镁力学性能的方法，属于镁基复合材料的研究领 域。

背景技术

镁基复合材料作为结构材料中最轻、比强度最高，比刚度与铝合金相当的 金属基材料，受到各国的广泛关注。并且镁质结构件在机械加工、循环再生产 和铸造方面较铝有很大的技术优势，可用镁基复合材料代替特种塑料。在新兴 高新技术领域中的应用潜力比传统金属材料更大。因此，镁基复合材料已成为 金属基复合材料领域的研究热点之一。以前镁基复合材料方面大量的研究工作 是针对国防和航天应用的需要，而随着新型制造工艺的研究发展，镁基复合材 料在航天航空、汽车、核工业及其它先进的工程方面得到了更广泛的应用。

纯镁的抗拉强度，硬度都很低，不适于制造结构材料，现今各国对纯镁材 料的增强主要为单相增强，常用的增强相有Al₂O₃短纤维、碳纤维、SiC晶须和 颗粒、Ti纤维、B纤维等，单相增强得到的镁基复合材料，其力学性能较纯镁有 很好的提高。例如中国专利CN1667149.2005-09-14，镀铜碳化硅颗粒增强镁基 复合材料。但单相增强往往只能使材料的某一或几个力学性能得到较好的提高， 限制了它的进一步应用。

发明内容

本发明的目的是提高镁基复合材料的综合力学性能。

本发明是一种增强镁基复合材料性能的方法，其步骤为：

(1)将铸态镁锭放入预热到400℃的铸铁坩埚中，对其进行加热；

(2)当温度上升到710℃，待镁锭全部熔化后，在表面撒上镁合金专用覆 盖剂；

(3)保温约5分钟，将表面杂质去除，然后将增强相SiCp和镀镍CNTs放入 坩埚中，并进行搅拌，搅拌时间为5分钟；SiCp和镀镍CNTs的体积含量分别为 2％和1.1％；CNTs和SiCp在加入前放入研钵中研磨20分钟；

(4)搅拌后再在表面撒上覆盖剂，静置1分钟，使搅拌过程中产生的氧化 物与熔体分离；

(5)待炉温升至710℃时，去除表面杂质，进行浇铸，凝固后进行起模； 浇铸前将洁净并干燥的模具表面涂上一层薄薄的ZnO，然后放进已加热到300℃ 的另一个炉子内预热。

上述步骤中CNTs直径是20～40nm，SiCp的粒径是2μm。

本发明的有益之处在于：本发明使镁基复合材料的强度、硬度和弹性模量等 力学性能得到提高。复合材料的抗拉强度、弹性模量、硬度分别比纯镁提高了 80％、51.8％、19.5％。其主要原因是：

(1)镀镍CNTs和SiCp的加入起到细化了晶粒的作用。细晶强化使复合 材料的力学性能得到较大程度的提高。

(2)复合材料中加入CNTs、SiCp后，它们与基体的热膨胀系数(CTE) 差别很大(Mg：CTE＝26×10^-6/℃，SiCp：CTE＝4×10^-6/℃，CNTs：CTE≈0)， 在复合材料的冷却凝固过程中，增强相和基体的收缩量不同，从而在CNTs、 SiCp附近产生高密度的位错，放出一系列的位错环，随着位错环的增多和变大， 位错环的应力场增大。当应力场增大到一定程度后，将阻碍位错的滑移，于是 产生了位错强化，使得基体的强度增大。位错强化的共同作用，使复合材料的 力学性能得到较大程度的提高。

(3)镀镍CNTs增加了CNTs和镁基体之间的相容性。

(4)CNTs具有极高的抗拉强度、SiCp的极高硬度，在金属基体中实现优 势互补，起到了承载外加载荷和应力转移的作用。

(5)CNTs和SiCp加入前放入研钵中研磨20分钟，提高了CNTs在基体 中的分散性。

具体实施方法

本发明是一种增强镁基复合材料性能的方法，其步骤为：

(1)将铸态镁锭放入预热到400℃的铸铁坩埚中，对其进行加热；

(2)当温度上升到710℃，待镁锭全部熔化后，在表面撒上镁合金专用覆 盖剂，以防止氧化；

(3)保温约5分钟，将表面杂质去除，然后将增强相镀镍的CNT、SiCp放 入坩埚中，并进行搅拌，搅拌时间为5分钟；CNTs和SiCp的体积含量分别为1.1％ 和2％；CNTs和SiCp在加入前放入研钵中研磨20分钟；

(4)搅拌后再在表面撒上覆盖剂，静置1分钟，使搅拌过程中产生的氧化 物与熔体分离；