[发明专利]一种氮化镁‑碳纳米管颗粒增强镁基合金材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种金属合金技术领域的制备方法，特别是涉及通过氮化镁-碳纳米管颗粒反应增强镁基合金材料的方法。

背景技术

镁及镁合金是迄今在工程应用中最轻的金属结构材料，近年来变形镁合金的塑性成形技术已经成为世界镁工业的重要研究领域，镁基合金在能源短缺的未来将占有更加重要的地位。目前，镁基合金在航空航天、汽车、电子产品、建筑工业以及日常生活中都是不可或缺的重要材料。但是镁基合金在应用广泛的同时也存在着自身的弱点，如硬度、强度较低，同时熔点也比钢等常用金属低。如何提高镁合金的塑性成形能力已成为镁合金研究的热点，因此，寻求有良好的硬度、强度的同时，又具有高的比强度和比刚度，具有重要的学术与工业应用价值。近年来随着开发高端其产、机电产品的要求，对镁基合金的力学性能的要求需要进一步提高，采用颗粒增强镁基合金材料能够同时发挥镁基合金基体与增强相的优势，显著提高镁基合金的强度、弹性模量、硬度及耐磨性。同时颗粒增强镁基合金材料因其成本低廉，强度、刚度高，在先进制造等现代工业化生产领域有广泛的应用前景。

基于上述目的，采用在镁基合金中添加无毒、无污染的氮化镁-纳米管颗粒来增强镁基合金材料的强度，获得良好的韧性和硬度，同时，导电和导热性能得到有效提高。本发明基体材料镁基合金的化学成分及质量分数为：镁Mg：90-98，剩余成份为铝Al。针对镁基合金性能提高的专利，我国现有的镁基合金在专利200880017616.2中， 通过添加铟、钪、钇等贵金属和2-3%的稀土金属，熔炼完毕后试样晶粒尺寸小于或等于3微米，该发明添加贵金属元素含量较多=高，制造成本高昂。在专利201210324168.9 中，选择具有提高Mg合金非晶化形成能力的（Er,Cu,Ag）作为合金化元素，选用普通熔铸和热挤压方法制备该合金材料，再经过熔铸和挤压获得镁基合金。上述合金均有稀有金属的添加，虽然能提高镁基合金材料的韧性、硬度和耐磨性，但是增加了镁基合金的熔炼成本，同时，要达到更高的强度和耐磨性，需要进一步进行深入研究。本发明提出了一种加工工艺稳定、生产成本低廉、无污染排放、可在常规熔炼条件下组织生产的氮化镁-碳纳米管颗粒增强镁基合金材料的制备方法，较传统的镁基合金材料的强度、韧性、硬度和耐磨性大幅提升。因此，在本发明中通过添加氮化镁-碳纳米管颗粒反应增强镁基合金材料力学性能的目的。

发明内容

本发明的目的是：在于克服上述现有技术不足，提供一种加工工艺稳定、生产成本低廉、无污染排放、可在常规熔炼条件下组织生产的氮化镁-碳纳米管颗粒增强镁基合金材料的制备方法，较传统的镁基合金材料的强度、韧性、硬度和耐磨性大幅提升。

本发明专利的技术方案是：本发明是一种氮化镁-碳纳米管颗粒增强镁基合金材料的制备方法。

首先制备碳纳米管粉末是将下列金属钙Ca、镁Mg、铜Cu、铝Al、镍Ni和钴与水H₂O的硝酸盐溶液，各成分按照质量1：1：1：1：1：1：11配比，将上述硝酸盐溶液、硝酸含量为60%的水溶液和氢氧化钠含量为40%的水溶液按质量1：1：1比例混合均匀，将沉淀物进行过滤获得，然后置于真空干燥箱中于550℃，煅烧18小时，然后在球磨机中球磨为20μm的超细粉末为反应催化剂，将上述方法制备的粉末置于钢反应器中，向钢反应器中吹入体积比为9：1的丙烯和氮气的混合气体，体的压力为0.05-0.3Mpa，气体流量为0.4 m³/Min，氮气为稀释剂，用于调节反应速度及粉末生长速度。反应温度为660℃，反应时间为60 Min，制得碳纳米管干粉，将干粉经过球磨24小时获得超细碳纳米管干粉。

其次制备氮化镁粉末，将镁粉与碳酰胺CO(NH₂)₂按照质量为1：1的比例混合均匀，在氩气保护下采用机械化球磨法24小时，使镁粉与碳酰胺发生反应，制备出氮化镁产物粉末。

最后，一种氮化镁-碳纳米管颗粒增强镁基合金材料的制备方法，其特征是碳纳米管粉末和氮化镁粉末照质量1：1配比混合均匀，将制得的氮化镁-碳纳米管混合物颗粒经过球磨24小时获得超细氮化镁-碳纳米管混合物粉末，通过氩气将超细碳纳米管-氮化镁粉末吹入镁基合金熔体中，生成增强镁基合金熔体，再经过机械化混合搅拌、变质处理、精炼、浇注，即获得氮化镁-碳纳米管颗粒增强镁基合金材料。

上述制备方法中金属钙Ca、镁Mg、铜Cu、铝Al、镍Ni和钴与水H₂O的硝酸盐溶液，各成分按照质量1：1：1：1：1：1：11配比。