[发明专利]一种纳米金刚石颗粒增强镁基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米金刚石颗粒增强镁基复合材料及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将纳米金刚石颗粒加入乙醇中，超声振动分散，然后进行搅拌，边搅拌边加入镁合金粉末，得到混合溶液；(2)将混合溶液离心分散后真空干燥得到混合粉末；(3)将混合粉末进行热挤压处理，得到前驱体棒材；(4)另取镁合金粉末进行熔炼，熔炼过程中通入N₂和SF₆混合气进行保护，得到基体溶液；(5)将前驱体棒材加入基体溶液中融解，搅拌30min，随后浇铸成坯，热挤压处理，得到挤压态纳米金刚石颗粒增强镁基复合材料棒材。本发明制备的复合材料中纳米金刚石颗粒在镁合金基体中分布均匀，具有有效的界面结合，力学性能得到显著改善。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种纳米金刚石颗粒增强镁基复合材料及其制备方法。

背景技术

镁合金具有高比强度，高阻尼，优异的电磁屏蔽性等一系列优异的特性，从而在军事，航空航天及工业领域逐步得到广泛的应用。但对于镁基复合材料而言，通过选择在各个方面性能优异的硬质增强体添加至金属基体中，再选用合适的工艺进行制备时，能够得到相比基体合金综合性能更为优异的复合材料。

在前期的研究中，研究人员选用了不同类型的材料作为增强体，进行了复合材料的制备，包括SiC微米颗粒，硼酸镁/铝晶须等，在选择增强体的过程中，首要的考虑因素为增强体与基体的相容性，即关键的界面效应；无论使用何种制备方式，都要保证增强体与基体的有效界面结合，而不是产生其他的负面效应，如增强体与基体的化学反应生成脆性产物，或者增强体与基体就实现不了有效的界面结合。因为对于金属基复合材料而言，界面在材料的性能中扮演着至关重要的角色。材料的强化效果依赖于通过界面进行载荷有效的传递。韧性受到界面处裂纹偏转的影响，塑性同样受到界面附近处峰值应力的释放。Chu等人在研究碳纳米管增强铜基复合材料时，通过融入金属铬元素有效改善了纳米管与基体铜的界面结合状况，材料的性能得到显著改善。

其次，就是增强体的均匀分散性，异质增强体的分散性对材料的性能非常关键。通常采用不同的制备工艺包括搅拌铸造，浸渗法，粉末冶金法等有效分散增强体在基体中的分布。但是对于纳米颗粒，由于超细粉体颗粒间存在的范德华力，静电引力，镜像力产生的静电引力及液桥力等因素，极易产生团聚。

因此，在制备纳米颗粒增强镁基复合材料的过程中，既要保证这些超细增强体颗粒在基体中能得到有效的分散，又要保证增强体与基体间实现有效的界面结合，就必然要针对性的采取相应的工艺，从而制备得到合格的材料，以满足其在实际状况下的应用。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种纳米金刚石颗粒增强镁基复合材料的制备方法。所述技术方案如下：

一方面，一种纳米金刚石颗粒增强镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米金刚石颗粒加入乙醇中，超声振动分散，然后进行搅拌，边搅拌边加入镁合金粉末，得到混合溶液；

(2)将步骤(1)得到的混合溶液离心分散后真空干燥得到混合粉末；

(3)将步骤(2)得到的混合粉末进行热挤压处理，得到前驱体棒材；

(4)另取镁合金粉末进行熔炼，熔炼过程中通入N₂和SF₆混合气进行保护，得到基体溶液；

(5)将步骤(3)制备的前驱体棒材加入基体溶液中融解，搅拌30min，随后浇铸成坯，热挤压处理，得到挤压态纳米金刚石颗粒增强镁基复合材料棒材。

进一步的，以质量比计，步骤(1)和步骤(4)所用的镁合金粉末总量:纳米金刚石颗粒＝100:1。

进一步的，步骤(1)和步骤(4)所用的镁合金粉末为Mg-Zn-Zr合金粉末，其中包含5.1wt％锌和0.18wt％锆，其余为镁。