[发明专利]一种纳米颗粒增强镁基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米颗粒增强镁基复合材料及其制备方法，所述方法包括如下步骤：用水将纳米颗粒与盐分散均匀，得到纳米颗粒盐溶液；将纳米颗粒盐溶液烘干，得到纳米颗粒与盐的混合物；将纳米颗粒与盐的混合物置于高温条件下使盐熔化，得到熔盐基纳米流体；往熔盐基纳米流体中加入镁并使镁熔化，形成熔炼体系；将熔炼体系进行高温保温处理，再经凝固，制得纳米颗粒增强镁基复合材料。本发明基于液态冶金法，在高温下，无需采用保护气，也能避免高温下纳米颗粒和镁熔体的氧化燃烧，不采用机械搅拌，也能实现纳米颗粒与镁熔体的很好复合，可以避免复合材料中气孔、夹杂缺陷较多的问题，有利于提高材料的力学性能。

技术领域

本发明涉及镁基复合材料技术领域，具体涉及一种纳米颗粒增强镁基复合材料及其制备方法。

背景技术

颗粒增强镁基复合材料具有低密度、较高的强度、刚度及良好的抗蠕变性能，可在机械、电子、航空、医学、日用工业中应用。将增强体的尺寸从微米级降至纳米级(纳米颗粒)可显著提高基体的机械性能，同时使基体合金的延伸率得到保持。要制造具有优异机械性能的纳米金属颗粒增强镁基复合材料，首先面临的主要问题是纳米颗粒相对于陶瓷纳米颗粒更容易燃烧，纳米颗粒由于粒度小，因而很容易团聚。故将金属纳米颗粒均匀分散在镁熔体中是困难的。

目前，纳米颗粒增强镁基复合材料的制备方法有多种形式，主要方法为粉末冶金法、搅拌摩擦法、搅拌铸造法等。

粉末冶金制备纳米颗粒增强镁基复合材料的限制在于纳米颗粒与镁粉都易氧化，最终影响复合材料的整体性能。镁粉易燃、易爆和易氧化等特点，存在着较大的安全隐患。

搅拌摩擦加工法的作用区域仅仅局限于搅拌头附近的金属基体，不适用于较厚金属的加工与分散。同时，由于其剧烈塑性变形过程的无序性，复合材料性能的稳定性较差，具有较高的尺寸约束性。

而对于搅拌铸造法，首先，其在搅拌铸造过程中，由于纳米颗粒的理化特性，尤其是纳米金属颗粒，表面容易吸附杂质，造成团聚，在较低温度50-100℃，纳米金属颗粒也易氧化燃烧，造成分散效果不佳；其次，镁及其合金熔体，由于其活泼性，高温下也易燃烧，需要采用保护气体在镁或镁合金熔体的表面形成保护膜(例如氟化镁膜)保护熔体不燃烧，但保护膜的形成，会阻碍镁及其合金熔体与纳米增强体的结合，导致两者复合困难。为了促进纳米增强体与镁或镁合金熔体的分散与复合，则需要采用机械搅拌措施，而在机械搅拌下，熔体表面的保护膜，以及坩埚内保护气体等都会进入熔体，最终会造成镁基复合材料气孔、夹杂缺陷的增多，导致材料的力学性能降低。

因此，对于制备纳米颗粒增强镁基复材料而言，这些方法仍存在技术上的不足。

综上，非常有必要提供一种新的纳米颗粒增强镁基复合材料及其制备方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种自分散与自保护的纳米颗粒增强镁基复合材料及其制备方法。本发明基于液态冶金法，在高温下，无需采用保护气，也能避免高温下纳米颗粒和镁熔体的氧化燃烧，不采用机械搅拌，也能实现纳米颗粒与镁熔体的很好复合，可以避免复合材料中气孔、夹杂缺陷较多的问题，有利于提高材料的力学性能。

本发明在第一方面提供了一种纳米颗粒增强镁基复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)用水将纳米颗粒与盐分散均匀，得到纳米颗粒盐溶液；

(2)将纳米颗粒盐溶液烘干，得到纳米颗粒与盐的混合物；

(3)将纳米颗粒与盐的混合物置于高温条件下使盐熔化，得到熔盐基纳米流体；

(4)往熔盐基纳米流体中加入镁并使镁熔化，形成熔炼体系；

(5)将熔炼体系进行高温保温处理，再经凝固，制得纳米颗粒增强镁基复合材料。