專利名稱：一種鎂合金摻雜SiC顆粒的增強方法
技術領域：
本發明涉及一種鎂合金摻雜SiC顆粒的增強方法，屬有色金屬提高力學性能及應用的技術領域。
背景技術：
鎂合金是自然界中能夠使用的最輕的金屬結構材料，由于模量低、強度低、易磨損、耐高溫性能差、熱膨脹系數高，限制了其在工業上的應用。為了提高鎂合金的力學性能和擴展其應用范圍，必須對鎂合金材料進行增強處 理，常用的方法有多種形式，例如摻雜增強劑法、熱壓法、往復擠壓法、表面涂鍍法和滲金屬法，這些方法雖然對不同用途和規格的鎂合金起到增強作用，但也存在諸多不足和局限性，例如摻雜增強劑法，有的在鎂合金內摻雜顆粒尺寸小于I μ m的增強劑粉體顆粒，但顆粒在鎂合金中分布不均勻，團聚現象明顯，存在使用缺陷；有的在鎂合金內摻雜顆粒尺寸大于5ym的增強劑粉體顆粒，由于粗顆粒表面缺陷多，增強效果不夠理想，達不到使用要求。

發明內容
發明目的
本發明的目的是針對背景技術的不足，采用在鎂合金中同時摻雜細SiC顆粒和粗SiC顆粒，經熔化、鑄造摻雜、鍛壓、擠壓，達到提高鎂合金力學性能的目的。技術方案
本發明使用的化學物質材料為鎂合金塊、細碳化硅、粗碳化硅、氫氟酸、去離子水、六 氟化硫、二氧化碳，其準備用量如下以克、毫升、毫米、微米、厘米3為計量單位 鎂合金塊AZ91，60mmX 60mmX 120mm，I 塊，789. 92g±0. Olg 細碳化硅SiC, 13. 92g±0. Olg 粗碳化硅SiC, 136. 29g±0. Olg 氫氟酸HF，IOOmLilmL 去離子水H20，10000mL±10mL 六氟化硫SF6, 5000cm3 ± 50cm3 二氧化碳C02, 50000cm3±50cm3 鎂合金摻雜SiC顆粒的增強方法如下
(I)精選化學物質材料
對使用的化學物質材料進行精選，并進行質量純度、濃度控制
鎂合金塊固態塊狀
細碳化硅固態粉體，顆粒直徑彡O. 3 μ m，99. 9%
粗碳化硅固態粉體，顆粒直徑< 8 μ m，99. 9%
氫氟酸液態液體，濃度40%
去離子水液態液體，99. 9%六氟化硫氣態氣體，99. 99%
二氧化碳氣態氣體，99. 99%
(2)預處理細碳化硅、粗碳化硅
①配置氫氟酸水溶液
量取氫氟酸50mL ±0. lmL、去離子水450mL ±0. ImL,置于燒杯中，攪拌5min,成2. 24mol/L的氫氟酸水溶液；
②稱取細碳化娃13.92g±0. Olg,量取氫氟酸水溶液40mL±0. ImL,置于燒杯中，浸泡24h，成細碳化硅混合液；
③稱取粗碳化娃136.29g±0. Olg,量取氫氟酸水溶液460mL±0. ImL,置于燒杯中，浸 泡24h，成粗碳化硅混合液；
④分別抽濾
將浸泡的細碳化硅混合液在抽濾瓶上用微孔濾膜進行抽濾，濾膜上留存產物濾餅； 將浸泡的粗碳化硅混合液在另一抽濾瓶上用微孔濾膜進行抽濾，濾膜上留存產物濾
餅；
⑤分別洗滌、抽濾
將細碳化娃濾餅置于燒杯中，加入去離子水IOOmL,攪拌洗漆5min,洗漆后pH值為7 ；然后在抽濾瓶上用微孔濾膜進行抽濾，濾膜上留存產物濾餅；
將粗碳化娃濾餅置于另一燒杯中，加入去離子水IOOOmL,攪拌洗漆5min,洗漆后pH值為7 ;然后在抽濾瓶上用微孔濾膜進行抽濾，濾膜上留存產物濾餅；
⑥干燥
將細碳化硅濾餅、粗碳化硅濾餅分別裝入石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥溫度80°C，干燥時間720min，然后將干燥溫度調至120°C，繼續干燥120min ；
干燥后成細碳化硅顆粒、粗碳化硅顆粒；
(3)熔鑄鎂合金、摻雜SiC顆粒
熔煉鎂合金、摻雜SiC顆粒是在熔煉坩堝中進行的，是在加熱、攪拌、氣體保護下完成
的；
①預熱細碳化硅顆粒，稱取細碳化硅13.92g±0. Olg于石英容器中，然后置于預熱爐中預熱，預熱溫度400°C,預熱時間120min ；
預熱粗碳化硅顆粒，稱取粗碳化硅136. 29g±0. Olg于石英容器中，然后置于預熱爐中預熱，預熱溫度560°C,預熱時間180min ；
②清理熔煉坩堝，用金屬鏟、金屬刷清理熔煉坩堝，使坩堝內潔凈；
③熔煉
將鎂合金塊781. 92g±0. Olg置于熔煉坩堝中，開啟熔煉坩堝加熱器，使坩堝內溫度逐漸升至700°C ±5°C，同時輸入SF6+C02氣體，氣體輸入速度SF6S 20cm3/min，CO2為IOOOcmVmin,使鎂合金塊熔化，成溶液；然后將坩堝溫度調至592°C ±5°C，并對熔體進行攪拌；
④摻雜碳化娃顆粒
將粗碳化硅顆粒136. 29g±0. Olg加入到熔液中，繼續攪拌lOmin，然后將溫度調至576°C ±5°C，加入細碳化硅顆粒13.92g±0.01g，繼續攪拌lOmin，然后將溫度調至700 °C ±5°C，并靜置 5min ；
(4)燒鑄成錠、加壓凝固
①制備圓筒形開合式模具，用不銹鋼材料制作，型腔為圓筒形；
②預熱圓筒形模具，將模具置于加熱爐中進行預熱，預熱溫度400°C±5°C，備用；
③將熔煉液對準模具型腔進行澆注，然后靜置冷卻，成鎂合金復合材料鑄錠；
④加壓凝固
當鎂基復合材料鑄錠冷卻至600°C ±5°C時，將模具及鎂合 金復合材料鑄錠置于壓力機上，進行壓制，壓力壓強為lOOMPa，在加壓過程中冷卻至420°C ±5°C ；
打開開合架，取出鑄錠，使鑄錠在空氣中自然冷卻至25°C ；
(5)熱擠壓
鎂合金復合材料鑄錠的熱擠壓是在熱擠壓機上進行的，是在圓筒形模具內、在加壓過程中完成的；
①預熱圓筒形擠壓模具，將模具置于加熱爐中進行預熱，預熱溫度360°C±5°C ；
②將澆鑄、加壓凝固的鎂合金復合材料錠，放入熱擠壓模具中，并在壓力機上進行擠壓，擠壓溫度360°C ±5°C，壓力150MPa，熱擠壓完成后，鎂合金復合材料錠橫截面積縮小，成圓柱形鎂合金復合材料棒；
打開開合架，取出鎂合金復合材料棒；
(6)冷卻
將經過熱擠壓的鎂合金復合材料棒，埋入細砂中，使其自然冷卻至25°C ；
(7)清理
將熱擠壓、冷卻后的鎂合金復合材料棒用砂紙打磨，使表面光潔；
(8)檢測、分析和表征
對制備的鎂合金復合材料棒的色澤、顯微組織、力學性能、耐磨性進行檢測、分析和表
征；
用S-3000型掃描電子顯微鏡進行顯微組織分析；
用Instron5569型萬能試驗機進行力學性能測試；
結論摻雜SiC顆粒的鎂合金復合材料棒為銀白色，顯微組織致密，細SiC顆粒和粗SiC顆粒在鎂合金棒中分布均勻，屈服強度達320MPa±2MPa，硬度達120HV±5HV，耐磨性提
|ρΓ| 80%。有益效果
本發明與背景技術相比具有明顯的先進性，是針對鎂合金模量低、強度低、易磨損、耐熱性能差、熱膨脹系數高的情況，采用在熔煉鎂合金塊過程中摻雜細碳化硅和粗碳化硅顆粒，然后進行澆鑄、加壓和熱擠壓成型，大幅度提高鎂合金的屈服強度、硬度和耐磨性能，使屈服強度達328MPa±2MPa，硬度達120HV±5HV，耐磨性提高80%，此增強方法工藝先進新穎，數據準確翔實，增強效果好，是十分理想的鎂合金摻雜SiC顆粒的增強方法。


圖I為鎂合金摻雜SiC顆粒的熔煉狀態圖 圖2為鎂合金復合材料錠鑄造加壓狀態3為鎂合金復合材料棒顯微組織圖 圖4為鎂合金復合材料棒拉伸曲線圖 圖中所示，附圖標記清單如下
I.底座，2.控制座，3.電源開關，4.溫度控制器，5.指示燈，6.顯示屏，7.鎂合金溶液，8.熔煉坩堝，9.混合氣體，10. 二氧化碳瓶，11.攪拌器，12.氣體混合罐，13.六氟化硫管，14. 二氧化碳管，15.六氟化硫閥，16. 二氧化碳閥，17.六氟化硫瓶,18.壓力機底座，19.電源開關，20.壓力控制器，21.指示燈，22.顯示屏，23，控制柜，24.筒形模具，25.右立柱，26.導線，27.壓力電機，28.頂蓋，29.施壓塊，30.上壓塊，31.左立柱，32.摻雜SiC顆粒的鎂合金錠，33.開合架，34.下墊塊，35.工作臺。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明做進一步說明
圖I所示，為鎂合金摻雜SiC顆粒的熔煉狀態圖，各部位置要正確、按量配比、按序操作。制備使用的化學物質的量值是按預先設置的范圍確定的，以克、毫升、毫米、微米、厘米3為計量單位。鎂合金摻雜SiC顆粒的熔煉是在熔煉坩堝爐中進行的，是在加熱、氣體保護下完成的；
熔煉坩堝8為圓筒形，熔煉坩堝8下部為控制座2，在控制座2上設有電源開關3、溫度控制器4、指示燈5、顯示屏6 ;在熔煉坩堝8的左部設有六氟化硫瓶17，六氟化硫瓶17通過六氟化硫管13、六氟化硫閥15聯接氣體混合罐12 ;在熔煉坩堝8的左部還設有二氧化碳瓶10，二氧化碳瓶10通過二氧化碳管14、二氧化碳閥16聯接氣體混合罐12 ;氣體混合罐12聯通熔煉坩堝8 ;熔煉坩堝8內下部為熔液7、上部為混合氣體9 ;六氟化硫氣體和二氧化碳氣體的用量比為1:50。圖2所示，為鎂合金復合材料錠鑄造加壓狀態圖，各部位置要正確、按序操作。鎂合金復合材料錠的鑄造加壓是在壓力機上進行的，是在筒形模具內，在壓力壓強為IOOMPa狀態下完成的；
壓力機為立式，壓力機下部為底座18，上部為頂座28，兩側由左立柱31、右立柱25支撐，在壓力機底座18上部為工作臺35，在工作臺35上部放置筒形模具24，筒形模具24四角設有開合架33，在筒形模具24內底部為下墊塊34，下墊塊34上部為鎂合金錠32，在鎂合金錠32上部為上壓塊30，上壓塊30上部由施壓塊29壓住；在頂蓋28上部設有壓力電機27，并聯接施壓塊29 ;在壓力機的右部設有控制柜23，在控制柜23上設有電源開關19、壓力控制器20、指示燈21、顯示屏22 ;壓力機與控制柜23通過導線26聯接；壓力機的加壓壓力壓強為lOOMPa。圖3所示，為鎂合金復合材料棒顯微組織圖，可見基體組織致密，細SiC顆粒和粗SiC顆粒在基體中分布均勻。圖4所示，為鎂合金復合材料棒拉伸曲線圖，可見摻雜SiC顆粒的鎂合金棒的拉伸強度高于鑄態AZ91合金，摻雜SiC顆粒的鎂合金棒的屈服強度、抗拉強度和彈性摸量比鑄態AZ91合金分別提高300%、125%和35%。
權利要求
1.一種鎂合金摻雜SiC顆粒的增強方法，其特征在于使用的化學物質材料為鎂合金塊、細碳化硅、粗碳化硅、氫氟酸、去離子水、六氟化硫、二氧化碳，其準備用量如下以克、毫升、毫米、微米、厘米3為計量單位 鎂合金塊AZ91，60mmX 60mmX 120mm，I 塊，789. 92g±0. Olg 細碳化硅SiC, 13. 92g±0. Olg 粗碳化硅SiC, 136. 29g±0. Olg 氫氟酸HF，IOOmLilmL 去離子水H20，10000mL±10mL 六氟化硫SF6, 5000cm3 ± 50cm3 二氧化碳C02, 50000cm3±50cm3 鎂合金摻雜SiC顆粒的增強方法如下 (1)精選化學物質材料對使用的化學物質材料進行精選，并進行質量純度、濃度控制 鎂合金塊固態塊狀 細碳化硅固態粉體，顆粒直徑彡O. 3 μ m，99. 9% 粗碳化硅固態粉體，顆粒直徑< 8 μ m，99. 9% 氫氟酸液態液體，濃度40% 去離子水液態液體，99. 9% 六氟化硫氣態氣體，99. 99% 二氧化碳氣態氣體，99. 99% (2)預處理細碳化硅、粗碳化硅 ①配置氫氟酸水溶液 量取氫氟酸50mL ±0. lmL、去離子水450mL ±0. ImL,置于燒杯中，攪拌5min,成·2.24mol/L的氫氟酸水溶液； ②稱取細碳化娃13.92g±0. Olg,量取氫氟酸水溶液40mL±0. ImL,置于燒杯中，浸泡·24h，成細碳化硅混合液； ③稱取粗碳化娃136.29g±0. Olg,量取氫氟酸水溶液460mL±0. ImL,置于燒杯中，浸泡24h，成粗碳化硅混合液； ④分別抽濾 將浸泡的細碳化硅混合液在抽濾瓶上用微孔濾膜進行抽濾，濾膜上留存產物濾餅； 將浸泡的粗碳化硅混合液在另一抽濾瓶上用微孔濾膜進行抽濾，濾膜上留存產物濾餅； ⑤分別洗滌、抽濾 將細碳化娃濾餅置于燒杯中，加入去離子水IOOmL,攪拌洗漆5min,洗漆后pH值為7 ；然后在抽濾瓶上用微孔濾膜進行抽濾，濾膜上留存產物濾餅； 將粗碳化娃濾餅置于另一燒杯中，加入去離子水IOOOmL,攪拌洗漆5min,洗漆后pH值為7 ;然后在抽濾瓶上用微孔濾膜進行抽濾，濾膜上留存產物濾餅； ⑥干燥 將細碳化硅濾餅、粗碳化硅濾餅分別裝入石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥溫度80°C，干燥時間720min，然后將干燥溫度調至120°C，繼續干燥120min ； 干燥后成細碳化硅顆粒、粗碳化硅顆粒； (3)熔鑄鎂合金、摻雜SiC顆粒 熔煉鎂合金、摻雜SiC顆粒是在熔煉坩堝中進行的，是在加熱、攪拌、氣體保護下完成的； ①預熱細碳化硅顆粒，稱取細碳化硅13.92g±0. Olg于石英容器中，然后置于預熱爐中預熱，預熱溫度400°C，預熱時間120min ； 預熱粗碳化硅顆粒，稱取粗碳化硅136. 29g±0. Olg于石英容器中，然后置于預熱爐中預熱，預熱溫度560°C,預熱時間180min ； ②清理熔煉坩堝，用金屬鏟、金屬刷清理熔煉坩堝，使坩堝內潔凈； ③熔煉 將鎂合金塊781. 92g±0. Olg置于熔煉坩堝中，開啟熔煉坩堝加熱器，使坩堝內溫度逐漸升至700°C ±5°C，同時輸入SF6+C02氣體，氣體輸入速度SF6S 20cm3/min，CO2為IOOOcmVmin,使鎂合金塊熔化，成溶液；然后將坩堝溫度調至592°C ±5°C，并對熔體進行攪拌； ④摻雜碳化娃顆粒 將粗碳化硅顆粒136. 29g±0. Olg加入到熔液中，繼續攪拌lOmin，然后將溫度調至576°C ±5°C，加入細碳化硅顆粒13.92g±0.01g，繼續攪拌lOmin，然后將溫度調至.700 0C ±5°C，并靜置 5min ； (4)燒鑄成錠、加壓凝固 ①制備圓筒形開合式模具，用不銹鋼材料制作，型腔為圓筒形； ②預熱圓筒形模具，將模具置于加熱爐中進行預熱，預熱溫度400°C±5°C，備用； ③將熔煉液對準模具型腔進行澆注，然后靜置冷卻，成鎂合金復合材料鑄錠； ④加壓凝固 當鎂基復合材料鑄錠冷卻至600°C ±5°C時，將模具及鎂合金復合材料鑄錠置于壓力機上，進行壓制，壓力壓強為lOOMPa，在加壓過程中冷卻至420°C ±5°C ； 打開開合架，取出鑄錠，使鑄錠在空氣中自然冷卻至25°C ； (5)熱擠壓 鎂合金復合材料鑄錠的熱擠壓是在熱擠壓機上進行的，是在圓筒形模具內、在加壓過程中完成的； ①預熱圓筒形擠壓模具，將模具置于加熱爐中進行預熱，預熱溫度360°C±5°C ； ②將澆鑄、加壓凝固的鎂合金復合材料錠，放入熱擠壓模具中，并在壓力機上進行擠壓，擠壓溫度360°C ±5°C，壓力150MPa，熱擠壓完成后，鎂合金復合材料錠橫截面積縮小，成圓柱形鎂合金復合材料棒； 打開開合架，取出鎂合金復合材料棒； (6)冷卻 將經過熱擠壓的鎂合金復合材料棒，埋入細砂中，使其自然冷卻至25°C ； (7)清理 將熱擠壓、冷卻后的鎂合金復合材料棒用砂紙打磨，使表面光潔；(8)檢測、分析和表征 對制備的鎂合金復合材料棒的色澤、顯微組織、力學性能、耐磨性進行檢測、分析和表征； 用S-3000型掃描電子顯微鏡進行顯微組織分析； 用Instron5569型萬能試驗機進行力學性能測試； 結論摻雜SiC顆粒的鎂合金復合材料棒為銀白色，顯微組織致密，細SiC顆粒和粗SiC顆粒在鎂合金棒中分布均勻，屈服強度達320MPa±2MPa，硬度達120HV±5HV，耐磨性提|ρΓ| 80%。
2.根據權利要求I所述的一種鎂合金摻雜SiC顆粒的增強方法，其特征在于鎂合金摻雜SiC顆粒的熔煉是在熔煉坩堝爐中進行的，是在加熱、氣體保護下完成的； 熔煉坩堝(8)為圓筒形，熔煉坩堝(8)下部為控制座(2)，在控制座(2)上設有電源開關(3)、溫度控制器(4)、指示燈(5)、顯示屏(6);在熔煉坩堝(8)的左部設有六氟化硫瓶(17)，六氟化硫瓶(17)通過六氟化硫管(13)、六氟化硫閥(15)聯接氣體混合罐(12);在熔煉坩堝(8)的左部還設有二氧化碳瓶(10)，二氧化碳瓶(10)通過二氧化碳管(14)、二氧化碳閥(16)聯接氣體混合罐(12);氣體混合罐(12)聯通熔煉坩堝(8);熔煉坩堝(8)內下部為鎂合金熔液(7)、上部為混合氣體(9);六氟化硫氣體和二氧化碳氣體的用量比為1:50。
3.根據權利要求I所述的一種鎂合金摻雜SiC顆粒的增強方法，其特征在于鎂合金復合材料錠的鑄造加壓是在壓力機上進行的，是在筒形模具內，在壓力壓強為IOOMPa狀態下完成的； 壓力機為立式，壓力機下部為底座(18)，上部為頂座(28)，兩側由左立柱(31 )、右立柱(25)支撐，在壓力機底座(18)上部為工作臺(35)，在工作臺(35)上部放置筒形模具(24)，筒形模具(24)四角設有開合架(33)，在筒形模具(24)內底部為下墊塊(34)，下墊塊(34)上部為鎂合金錠(32)，在鎂合金錠(32)上部為上壓塊(30)，上壓塊(30)上部由施壓塊(29)壓住；在頂蓋(28)上部設有壓力電機(27)，并聯接施壓塊(29);在壓力機的右部設有控制柜(23)，在控制柜(23)上設有電源開關(19)、壓力控制器(20)、指示燈(21)、顯示屏(22)；壓力機與控制柜(23)通過導線(26)聯接；壓力機的加壓壓力壓強為lOOMPa。
全文摘要
本發明涉及一種鎂合金摻雜SiC顆粒的增強方法，是針對鎂合金模量低、強度低、易磨損、耐高溫性能差、熱膨脹系數高的情況，采用在熔煉鎂合金塊過程中摻雜細碳化硅和粗碳化硅顆粒，然后進行澆鑄、加壓和熱擠壓成型，大幅度提高鎂合金的屈服強度、硬度和耐磨性能，使屈服強度達328MPa±2MPa，硬度達120HV±5HV，耐磨性提高了80%，此方法工藝先進新穎，數據準確翔實，增強效果好，是十分理想的鎂合金摻雜SiC顆粒的增強方法。
文檔編號B22D19/14GK102766774SQ20121023622
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者吳昆 , 王曉軍, 鄧坤坤 申請人:太原理工大學