專利名稱：：鎂基復合材料和鎂基復合材料零件的成形方法
技術領域：
：本發明涉及一種金屬基復合材料的制備方法，具體涉及一種鎂基復合材料和鎂基復合材料零件的制備方法。
背景技術：
：鎂合金由純鎂加入合金元素制成，鎂合金中常用的合金元素有鋁、鋅、錳、鋯及稀土元素等。鎂合金具有比重小、比強度髙的特殊優異性能。但作為結構材料，其硬度、剛度和耐磨性不夠理想，使其應用受到一定的限制。而通過在鎂合金中添加硬質顆粒則可制備出非連續增強的鎂基復合材料，在這種復合材料中，鎂合金為基體，硬質顆粒為增強體(也稱增強相或第二相)，鎂基復合材料的硬度、剛度以及耐磨性等性能均有顯著的提高，并且鎂基復合材料的強度和彈性模量也有一定的提髙。鎂基復合材料是金屬基復合材料的一種。金屬基復合材料的成形方法通常可以簡單地分為三種。第一種是液相成形法，又稱鑄造法，采用該方法制備金屬基復合材料時容易產生增強相偏聚、基體與增強相之間發生有害的界面反應、組織粗大、成分不均勻、易吸入氣體和雜質等缺點，而且增強相體積分數較低，這些缺點導致材料的力學性能降低。第二種是固相成形法，又稱粉末冶金法，采用該方法能較好地避免鑄造法中的一些缺陷，如體積分數可控，組織細小、成分均勻等，但粉末冶金工藝過程復雜，容易污染，材料尺寸小，生產周期長，生產效率低，這些使其廣泛應用受到一定的限制。例如中國專利文獻CN100376703C公開了一種鎂合金復合材料及其制備方法，該方法將碳化物或氧化物的納米顆粒和鎂合金粉末混合均勻，再經過熱壓燒結和熱擠壓的工藝，得到顆粒增強鎂合金復合材料。該制備方法需要在真空的環境下進行燒結，進行熱擠壓時要求壓制壓力髙，條件苛刻，過程復雜，使得制備的復合材料的尺寸受到限制。第三種是噴射共沉積法，采用噴射沉積法制備鎂基復合材料時工藝復雜、設備要求高，投入大，成本高。金屬熔體在鑄造凝固過程中需要有良好的流動性以確保充型，然而流動性與熔體中初生相的形態、尺寸和體積分數有關，于是人們開發出了半固態成形技術。利用半固態成形技術可以生產出高性能合金零部件。對于塊狀金屬來說，半固態成形是在塊狀金屬熔化后的凝固過程中，對金屬熔體施加強烈攪拌而形成一種含有固相顆粒的固液混合漿料后所進行的成形。如果將合金半固態成形與塑料注射成形相結合，則構成通常所說的注射成形。中國專利文獻CN1817512A公開了一種鎂合金半固態注射成形方法和裝置，其方法是在通入保護氣體下對金屬粉末進行混合，將金屬粉末定量送入金屬套筒中，采用螺旋輸送桿對金屬套筒中的金屬粉末施以剪切力，通過溫度調整，將金屬粉末轉變為固液混合狀態的漿料，最后利用注射機將半固態的槳料射出至一模具內成形而形成半固態注射成形產品。這種方法所得到的產品為鎂合金產品，而不屬于金屬基復合材料產品。再有，采用對金屬粉末進行直接加熱的方式，這樣容易在加熱過程中導致粉末氧化，從而影響材料的性能。另外鎂合金粉末的活性很髙，這樣還會有爆炸的危險。
發明內容本發明的目的在于克服上述問題，提供一種工藝過程簡單、成本低的鎂基復合材料和鎂基復合材料零件的成形方法。實現本發明目的的技術方案是一種鎂基復合材料或鎂基復合材料零件的半固態成形方法，具有以下步驟①在保護氣體的氛圍下，通過攪拌將鎂合金粉末與增強相粉末混合均勻，得到混合粉末。②將步驟①得到的混合粉末加入到具有規則內腔的冷壓器具中進行冷壓，得到與冷壓器具的內腔形狀相對應的復合材料的坯體。③將步驟②得到的復合材料的坯體放入加熱裝置中進行加熱而成為半固態的固液混合物。④將步驟③得到的固液混合物注射填充到模具的型腔內，得到相應形狀的鎂基復合材料或鎂基復合材料的零件。上述步驟①中所述的增強相粉末的化學成分為SiC、TiC或者Al203。增強相粉末是由相應成分的塊狀或顆粒狀增強相物質通過機械球磨后過篩得到，粉末粒子的平均粒徑為10jun80nm。上述步驟①中所述的鎂合金粉末的成分為MgaMb;其中a、b為重量份數，a+b=100，75《a《95，5《b《25;M為Al和Zn兩種金屬元素的組合，或者是Mn、Si和Cu三種元素的組合。鎂合金粉末是由所述塊狀或顆粒狀鎂合金通過機械球磨后過篩得到，粉末粒子的平均粒徑為20nm100nm。上述步驟②中冷壓壓力為280MPa320Mpa。冷壓時保壓時間為5min20min。冷壓時的環境溫度為0'C50r。上述步驟③中對坯體進行加熱使其成為半固態的固液混合物時，其溫度為300'C650X:，保溫10min30min。上述步驟④中的旨壓力為180MPa220MEa。本發明具有的積極效果(1)本發明所采用的成形方法中，在原料成為半固態之前，先用冷壓壓制的方式制備復合材料的坯體，這樣可以大幅度降低金屬粉末中氣體的存在，有效避免在半固態加熱過程中材料的氧化和其他污染，安全性髙，從而在半固態成形時，使增強相粒子的組織細小、成分均勻，增強相粒子與鎂合金粉末粒子之間結合緊密，使所得到的鎂基復合材料具有優良的綜合性能。(2)本發明在對金屬粉末加熱使其成為半固態以及保溫的過程中，不需要半固態成形常用的具有較大剪切力的機械攪拌裝置以及電磁攪拌裝置等復雜設備，使得工藝過程大大簡化、成本較低。(3)本發明的方法中，復合材料的坯體在半固態加熱保溫一定時間后直接進行注射成形，不需要粉末冶金方法中粉末燒結的工序，提髙了效率，降低了成本，而且避免了在較高溫度下的長時間加熱，減少了氧化和其他污染的可能。同時由于半固態成形時溫度較低，避免了鎂合金基體與增強相粒子之間的反應，界面無污染。(4)本發明的方法是金屬基復合材料領域中的一次創新，所得到的成形的成品，根據第二模具的型腔形狀的不同，可以得到各種形狀的鎂基復合材料的零件，也可以制成鎂基復合材料的棒材、板材等，以適用于不同的需求。具體實施例方式(實施例l)本實施例的鎂基復合材料的半固態成形方法的步驟如下①將1.8kg的AZ91鎂合金粉末與0.2kg的SiC粉末經混料器攪拌混合均勻，攪拌時充入惰性氣體Ar進行保護。AZ91鎂合金粉末是由塊狀或顆粒狀的AZ91鎂合金通過機械球磨成粉末并過200目篩，得到平均粒徑為60fim的合金粉末。AZ91鎂合金的成分為8.59.5%A1，0.450.9%Zn，0.150.3%Mn,0.20%Si，0.01%Ni。其余為Mg。AZ91鎂合金也符合通式MgaMb,AZ91鎂合金中，由于其它元素M中Al和Zii為主要成分，所以，AZ91鎂合金中的M為Al和Zii兩種金屬的組合。SiC粉末是由塊狀或顆粒狀的SiC通過機械球磨后過400目篩,得到平均粒徑約為30fim的粉末粒子。②將步驟①得到的混合均勻的粉末加入到具有規則內腔的冷壓器具中，在25'C的溫度下進行冷壓壓制，冷壓壓力為300MPa，保壓時間為5min，得到與冷壓器具的內腔形狀相對應的復合材料的坯體。③將步驟②得到的復合材料的坯體放入加熱裝置中加熱到半固態溫度400'C，保溫10min后得到固液混合物。④將步驟③得到的固液混合物在200MPa的壓力下注射填充到模具的型腔內，保持壓力為50MPa,保壓時間為20min，脫模取出即可得到相應形狀的鎂基復合材料。本發明的鎂合金材料除了上述實施例中所采用的AZ91鎂合金(屬于A1、Zn兩種金屬組合)以外，還包括其他符合MgaMb的鎂合金，例如，還可以是Mn、Si、Cu三種金屬的組合。(實施例2實施例6)各實施例的鎂基復合材料的半固態成形方法與實施例1基本相同，不同之處見表1。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權利要求1、一種鎂基復合材料或鎂基復合材料零件的成形方法，其特征在于采用半固態的成形方法，具有以下步驟①在保護氣體的氛圍下，通過攪拌將鎂合金粉末與增強相粉末混合均勻，得到混合粉末；②將步驟①得到的混合粉末加入到具有規則內腔的冷壓器具中進行冷壓，得到與冷壓器具的內腔形狀相對應的復合材料的坯體；③將步驟②得到的復合材料的坯體放入加熱裝置中進行加熱而成為半固態的固液混合物；④將步驟③得到的固液混合物注射填充到模具的型腔內，得到相應形狀的鎂基復合材料或鎂基復合材料的零件。2、根據權利要求1所述的鎂基復合材料或鎂基復合材料零件的成形方法，其特征在于步驟①中所述的增強相粉末的化學成分為SiC、TiC或者A1203。3、根據權利要求2所述的鎂基復合材料或鎂基復合材料零件的成形方法，其特征在于步驟①中所述的增強相粉末是由相應成分的塊狀或顆粒狀增強相物質通過機械球磨后過篩得到，粉末粒子的平均粒徑為10fim80jun。4、根據權利要求1所述的鎂基復合材料或鎂基復合材料零件的成形方法，其特征在于步驟①中所述的鎂合金粉末的成分為MgaMb;其中a、b為重量份數，a+b=100，75《a《95,5《b《25;M為Al和Zn兩種金屬元素的組合，或者是Mn、Si和Cu三種元素的組合。5、根據權利要求4所述的鎂基復合材料或鎂基復合材料零件的成形方法，其特征在于步驟①中所述的鎂合金粉末是由所述塊狀或顆粒狀鎂合金通過機械球磨后過篩得到，粉末粒子的平均粒徑為20nm100nm。6、根據權利要求1至5之一所述的鎂基復合材料或鎂基復合材料零件的成形方法，其特征在于步驟②中冷壓壓力為280MPa320Mpa。7、根據權利要求6所述的鎂基復合材料或鎂基復合材料零件的成形方法，其特征在于步驟②中，冷壓時保壓時間為5min20min。8、根據權利要求6所述的鎂基復合材料或鎂基復合材料零件的成形方法，其特征在于-步驟②中，冷壓時的環境溫度為0'C50'C。9、根據權利要求1至5之一所述的鎂基復合材料或鎂基復合材料零件的成形方法，其特征在于步驟③中對坯體進行加熱使其成為半固態的固液混合物時，其溫度為3001C650'C,保溫10min30min。10、根據權利要求1至5之一所述的鎂基復合材料或鎂基復合材料零件的成形方法，其特征在于步驟④中的注射壓力為180MPa220MPa。全文摘要本發明公開了一種鎂基復合材料或鎂基復合材料零件的半固態成形方法，在保護氣體的氛圍下，通過攪拌將鎂合金粉末與增強相粉末混合均勻，得到混合粉末。將混合粉末加入到具有規則內腔的冷壓器具中進行冷壓，得到與冷壓器具的內腔形狀相對應的復合材料的坯體。將復合材料的坯體放入加熱裝置中進行加熱而成為半固態的固液混合物。將固液混合物注射填充到模具的型腔內，得到相應形狀的鎂基復合材料或鎂基復合材料的零件。本發明的方法有效避免了氧化和其他污染，安全性高，并且工藝過程簡單，成本較低。文檔編號B22F3/12GK101439405SQ20081024398公開日2009年5月27日申請日期2008年12月19日優先權日2008年12月19日發明者李小平申請人:江蘇技術師范學院