[发明专利]碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料冶金及金属基复合材料技术领域，涉及一种碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料，本发明还涉及该碳化硅与准晶及近似相增强镁基复合材料的制备方法。

背景技术

镁基复合材料具有高的比强度和弹性模量、良好的耐高温性及较低的热膨胀系数，既拥有镁合金的诸多优良综合性能又突破了耐磨性较差的局限，尤其是在常温和高温力学性能方面有大幅度提高。此外，镁基复合材料还具有良好的阻尼性能和电磁屏蔽性能，是良好的功能材料。镁及其合金结构件在机械加工、循环再生和铸造方面较铝有很大的技术优势，而且用镁基复合材料可以代替特种塑料，因此，镁基复合材料在航空、航天、军事工业和汽车工业领域中具有广阔的应用前景和市场潜力。

镁基复合材料基体的选用对其综合性能的影响至关重要，目前已经开发和应用的镁基复合材料的基体多为Mg-Al系，Mg-Zn系等，其组织中存在熔点相对较低的第二相，如Mg₁₇Al₁₂、Mg₇Zn₃等，这些相的存在严重影响了镁基复合材料的高温力学性能。另外，目前镁合金和镁基复合材料的室温拉伸性能指标普遍低于300MPa，其力学性能指标迫切需要大幅度提高，只有这样才能满足飞速发展的高技术对具有特殊性能指标的新材料的要求，才能促进日益更新的新水平不断提高。因此，对具有高性能指标的镁合金和镁基复合材料提出了迫切要求。

准晶相作为一种新型的强化相，其具有高稳定性、高硬度、高弹性模量、低的摩擦系数、优异的耐热、耐磨和耐腐蚀等良好的综合性能，近些年来已经成为国际上晶体物理学家和材料学家关注的热点。研究表明，准晶可以作为复合材料的增强颗粒有效强化镁合金和镁基复合材料，用来提高其综合力学性能指标。

目前，在镁合金中获得准晶相或颗粒的方法主要是通过外加引入方式和原位自生反应方式。

中国专利《准晶颗粒增强镁基复合材料及其制备方法》（申请号：20101013615.8，公开号：CN101787475A，公开日：2010.07.28）公开了一种准晶颗粒增强镁基复合材料及其制备方法，将尺寸为20～100μm的增强相Mg-Zn-Gd准晶颗粒加入到工业纯镁中。这种方法不仅需要预先制备Mg-Zn-Gd准晶材料颗粒，而且需要采用反复塑性变形设备变形100～400次，不仅控制复杂，能耗高，而且很难保证准晶相颗粒和纯镁颗粒在反复塑性变形过程中不发生相变反应，即不能保证预制备的准晶相在镁基复合材料中稳定存在。另外，由于准晶颗粒尺寸较大、表面容易氧化，大大损害基体和准晶增强颗粒的界面结合强度，这必然导致准晶颗粒增强镁基复合材料的综合力学性能不稳定，特别是伸长率和断裂强度指标难以控制。

控制凝固过程的热力学和动力学条件，可以在镁合金中通过原位自生反应稳定获得准晶相来增强镁合金，一方面去除了准晶颗粒的预制、处理和加入等复杂制备工艺，制备简单，便于组织规模化生产。另一方面，由于准晶相是自生形成的，它具有尺寸细小和分布均匀等优点，同时，准晶相特有的结构使得它具有极低的表面能，准晶相与基体间具有良好的结合界面，能够有效阻碍晶粒在高温下长大和粗化而保持非常稳定的结构，这也有利于具有不同弹性模量的镁基体和准晶强化相界面之间进行应力传递，从而能够大大提高镁合金的性能。中国专利《原位合成准晶及近似相增强高强超韧镁合金及制备方法》（申请号：200510124529.5，公开号：CN1789458A，公开日：2006.06.21）公开了一种原位合成准晶及近似相增强高强超韧镁合金及制备方法，通过常规凝固方法原位合成准晶及近似相增强常规凝固镁合金铸锭，再结合快速凝固及往复挤压大塑性变形工艺制备高强度镁合金。尽管这种工艺极大提高了镁合金的力学性能，但是由于原位自生准晶颗粒的数量有限，合金的性能仍不能满足现代科技发展对新材料特殊性能的要求，如室温和高温工作强度指标低、弹性模量低、阻尼性能低及耐磨性能差等。因此，迄待开发结合原位自生准晶颗粒和其它强化颗粒复合强化的镁合金或镁基复合材料。这将对制备更高性能指标的镁合金或镁基复合材料意义重大。