[发明专利]以钛或钛合金为骨架增强体的镁基复合材料及制备方法

说明书

本发明公开一种以钛或钛合金为骨架增强体的镁基复合材料及制备方法，所述镁基复合材料包括骨架增强体和镁基体；所述骨架增强体为基于仿生结构设计的骨架，镁基体浸渗骨架增强体复合形成具有仿生结构的复合材料；所述仿生结构为仿鲍鱼壳珍珠层的砖‑墙结构、仿紫石房蛤贝壳的交叉叠片结构或仿节肢动物外骨骼的螺旋编织结构。本发明利用具有仿生结构的钛或钛合金骨架增强镁或镁合金，并采用3D打印技术实现对镁基复合材料中骨架结构的精确设计和控制，从而在不明显提高材料密度并且不降低阻尼性能的前提下，显著提高镁或镁合金的强度、刚度、断裂韧性、抗冲击性。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料领域，主要涉及一种以钛或钛合金为骨架增强体的镁基复合材料及制备方法。

背景技术

在保证安全服役的前提下，实现结构材料的轻量化能够有效减轻结构件的重量，从而有利于节约能源并减少环境污染，因此具有重要的科学意义和实用价值。例如，在交通运输领域，汽车轻量化设计能够提高燃油效率，减少燃料消耗和尾气排放，因而已成为当今汽车发展的主要趋势之一。结构材料轻量化的实现主要依赖于其比强度和比刚度等力学性能的提高。镁与镁合金因具有较低的密度（纯镁的密度为1.74g/cm³）而表现出突出的比强度和比刚度，同时具有良好的阻尼减震、导热和电磁屏蔽等功能特性，因此被广泛应用于交通运输、生物医用、电子产品等诸多领域。

然而，与钢铁、钛合金、铝合金等金属结构材料相比，镁与镁合金的绝对强度和刚度仍然偏低，并且耐磨性和耐热性较差，同时表现出较低的高温强度和抗高温蠕变能力，这在很大程度上限制其作为轻型结构材料的应用。通过在镁或镁合金基体中引入增强相制备镁基复合材料是解决上述问题的有效途径之一。常用的复合化方法是在镁或镁合金基体中引入随机均匀分布的增强相颗粒或纤维。然而，传统镁基复合材料的组织结构难于进行精确设计与控制，缺乏有序的组织结构和有效的强韧化搭配，因而材料的力学性能无法进行有效调控和提升。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种以钛或钛合金为骨架增强体的镁基复合材料及制备方法，利用具有仿生结构的钛或钛合金骨架增强镁或镁合金，并采用3D打印技术实现对镁基复合材料中骨架结构的精确设计和控制，从而在不明显提高材料密度并且不降低阻尼性能的前提下，显著提高镁或镁合金的强度、刚度、断裂韧性、抗冲击性，旨在解决现有镁基复合材料的力学性能无法有效调控的问题。

本发明的技术方案如下：

一种以钛或钛合金为骨架增强体的镁基复合材料，其中，所述镁基复合材料包括骨架增强体和镁基体；

所述骨架增强体为基于仿生结构设计的骨架，镁基体浸渗骨架增强体复合形成具有仿生结构的复合材料；所述仿生结构为仿鲍鱼壳珍珠层的砖-墙结构、仿紫石房蛤贝壳的交叉叠片结构或仿节肢动物外骨骼的螺旋编织结构；

所述骨架增强体为采用3D打印技术制备得到；

其中，镁基体为镁或镁合金，所述骨架增强体为钛或钛合金。

所述的以钛或钛合金为骨架增强体的镁基复合材料，其中，当所述仿生结构为砖-墙结构时，骨架增强体表现为六边形框架以堆砌方式分层错位堆叠形成的骨架。

所述的以钛或钛合金为骨架增强体的镁基复合材料，其中，所述六边形框架为正六边形框架，正六边形框架在同层密铺平面，分层错位使正六边形框架的其中三个顶点位于相邻层三个正六边形框架的中心、单数层的正六边形框架中心在同一直线上、双数层的正六边形框架中心在同一直线上。

所述的以钛或钛合金为骨架增强体的镁基复合材料，其中，当所述仿生结构为交叉叠片结构时，骨架增强体表现为短棒或薄片在同层呈锯齿状排列、在相邻层中交错排列形成的骨架。