[发明专利]一种Mg-Li基复合材料用增强体表面改性及其预制体制备方法

说明书

本发明公开了一种Mg‑Li基复合材料用增强体表面改性及其预制体制备方法，属于复合材料及其制备技术领域。本发明的制备方法首先将超细增强体颗粒与基体合金元素颗粒进行长时复合球磨，使其表面被基体元素充分包覆，从而提高与基体合金间的润湿性；通过施加导引棒，对表面改性后的增强体颗粒进行多道次变径角挤压，实现超细粉体高密实度的压制成型与剪切变形一次进行，有效排除超细颗粒中的气体、改善基体元素对增强体颗粒的包覆效应以及提高颗粒的分散度等。工艺全程采用惰性气体保护，有效降低超细粉体氧化问题，获得高纯净度的增强体颗粒预制体，且制备工艺流程短，利于工业化生产。

技术领域

本发明属于复合材料及其制备技术领域，具体涉及一种Mg-Li基复合材料用增强体表面改性及其预制体制备方法。

背景技术

Mg-Li合金，作为一种最轻的金属结构材料，具有高的比强度、比刚度和优良的塑性，在航空航天、军事工业等领域具有广阔的应用前景。但镁锂合金具有高组元活性、低弹性模量和室温过时效导致强度衰减等本征属性，从而使合金的工程化制备及广泛应用受到限制。金属间化合物YAl₂颗粒作为增强体，引入镁锂合金时，与基体合金形成一定厚度的过渡型界面层，这种类型的界面层能有效缓解材料变形过程中的应力集中，抑制材料变形过程中界面处的裂纹萌生，实现对基体合金强有力的“钉扎”作用，从而提升镁锂合金的强韧性。特别是当增强体颗粒尺寸细化至亚微米级或纳米级时，复合材料的力学性能将大幅提升，相比基体合金，抗拉强度可提高250%~350%。然而，在颗粒增强镁锂基复合材料的实际熔炼制备中，由于基体合金元素Mg、Li化学活性高，且熔炼温度相对较高，超细增强体颗粒无法有效加入Mg-Li合金熔体中；另外，随着增强体颗粒尺寸减小，其表面能增加，易自发凝合，在基体合金中表现为强烈的团聚特征，从而恶化材料性能。对此，如何确保超细增强体颗粒有效加入熔融的镁锂基体合金并改善其分布的均匀性是制备超轻高强YAl₂颗粒增强镁锂基复合材料的关键。

申请号为201510179706.3的专利文献中提出了一种Mg-Li基复合材料及其制备方法，该文献提出将超细增强体YAl₂颗粒与Mg粉复合球磨进行表面改性，然后通过冷压、热压、热挤压等多个工序，将预复合粉体压制成预制块，最后增强体颗粒以预制块的形式加入熔融的镁锂基体合金中，制备Mg-Li基复合材料。此方法虽解决了超细颗粒外部加入的问题，但制备工序相对繁杂，特别是热挤压环节需要9~16道次，耗时较长，不利于规模化生产；复合球磨时间较短（最长为2h），很难实现Mg粉对YAl₂颗粒的完全包覆；另外，采用常规的单向直压坯方式压制YAl₂/Mg预复合粉体，硬质YAl₂颗粒更易团聚，且颗粒间会相互搭桥而形成骨架结构，致使预制体内部残留空气，熔炼时易造成熔体氧化，产生局部爆沸，造成熔体与增强体喷溅等，给熔炼带来安全隐患。

发明内容

本发明旨在克服现有技术不足，设计一种短流程、高效率的制备方法，规模化生产YAl₂/Mg预制体，为超轻高强YAl₂增强镁锂基复合材料提供一种高颗粒分散度、高纯净度、高密实度的增强体预制体。所述制备方法，具体包括下列步骤。

第一步，将超细增强体颗粒与基体合金元素颗粒按比例混合成混合粉末，然后复合球磨成预复合粉体，复合球磨时间为2~8h，球磨过程中实施惰性气体保护。

第二步，将导引棒放入变径角挤压模具内，然后将第一步制备的所述预复合粉体置于所述导引棒上，进行多道次变径角挤压成型，得到增强体预制体。

可选地，所述惰性气体为0.1MPa氩气。

可选地，所述超细增强体颗粒为金属间化合物YAl₂，粒径分布范围为0.01~1μm。

可选地，所述基体合金元素颗粒为纯Mg粉，粒径分布范围为100~200目。

可选地，所述超细增强体颗粒与基体合金元素的质量配比为1:1~2:1。