專利名稱：一種碳化硅顆粒增強鎂基復合材料及制備方法
一種碳化硅顆粒增強鎂基復合材料及制備方法技術領域
本發明一種碳化硅顆粒增強鎂基復合材料及制備方法，屬于金屬基復合材料領域，特別是涉及一種采用多向鍛造法制備碳化硅顆粒增強鎂基復合材料及制備方法的技術方案。
背景技術：
鎂合金具有優良的性能，具有較高的比強度和比剛度，又具有優良的導電性與耐熱性，有著廣泛的應用領域。但鎂合金存在彈性模量小、高溫強度和抗蠕變性能低、有限的冷加工能力和韌性、凝固時收縮率較高、耐磨性差等不足，僅僅通過合金化技術不能加以解決，大大限制了鎂合金的工業化應用。
鎂基復合材料具有高的楊氏模量、低的溫度膨脹系數和耐磨性等優點，近些年來得到了廣泛的應用在汽車制造工業中用作方向盤減震軸、活塞環、支架等，在通訊電子產品中的手機、便攜式計算機等也用作外殼材料。SiC晶須增強鎂基復合材料可用于制造齒輪，SiC和Al2O3顆粒增強鎂基復合材料由于耐磨性好，可用于制造油泵的泵殼體、止推板、 安全閥等零部件。
按照形態特征，鎂基復合材料的增強體主要分為三種(I)纖維，如炭纖維、SiC短纖維等；(2)晶須，如A1203、SiC晶須等；(3)顆粒，如SiC、TiC顆粒等。連續纖維增強鎂基復合材料沿纖維方向強化效果顯著，引起人們的廣泛興趣，但是制備工藝復雜，而且產品難以回收利用。晶須增強鎂基復合材料強度高、工藝性能優良，而且材料可以回收再用，但是其成本很高，大大限制了其應用范圍。顆粒增強鎂基復合材料具有制備工藝簡單、可以制備成形復雜的鑄件、成本低廉以及各向同性的性能，己成為鎂基復合材料的研究熱點之一。
目前鎂基復合材料產品以鑄件，特別是壓鑄件居多，然而鑄件的力學性能不夠理想，產品形狀尺寸存在一定的局限性且容易產生組織缺陷，導致鎂基復合材料的使用性能和應用范圍受到很大限制。因此，探索新型鎂基復合材料成形方式的研究已經成為世界鎂工業發展中的重要方向，以期獲得獲得更高的強度，更好的延展性以及多樣化的力學性能， 可以滿足多樣化結構件的要求的鎂基復合材料。
粉末鍛造通常是指將粉末燒結的預成形坯經加熱后，在閉式模中鍛造成零件的成形工藝方法。它是將傳統粉末冶金和精密鍛造結合起來的一種新工藝，并兼兩者的優點。可以制取密度接近材料理論密度的粉末鍛件，克服了普通粉末冶金零件密度低的缺點。使粉末鍛件的某些物理和力學性能達到甚至超過普通鍛件的水平，同時，又保持了普通粉末冶金少屑、無屑工藝的優點。通過合理設計預成形坯和實行少、無飛邊鍛造，具有成形精確，材料利用率高，鍛造能量消耗少等特點。發明內容
本發明一種碳化硅顆粒增強鎂基復合材料及制備方法的目的在于克服現有技術之不足而提供一種采用多向鍛造法制備碳化硅顆粒增強鎂基復合材料及制備方法的技術方案，該制備方法，工藝簡單、成本低廉、可有效提高鎂基復合材料性能、拓展鎂基復合材料性能的應用領域。
本發明一種碳化硅顆粒增強鎂基復合材料，其特征在于是一種是以純Mg粉末、Al 粉末和SiC顆粒微粉為原材料，采用粉末冶金和多向鍛造法制備的碳化硅顆粒增強鎂基復合材料。
上述一種碳化硅顆粒增強鎂基復合材料的制備方法，其特征在于包括下述工藝步驟①、配制Mg粉、Al粉和SiC顆粒粉混合的混合粉末，混料機中混合20min，混料過程中需氮氣保護，其中Al粉質量百分比為5% 10%，SiC顆粒粉末的質量百分數為5% 25% ；②、將步驟①中的混合粉末壓制成孔隙度〈5%的粉末坯體，在真空條件下，于500°C進行無壓燒結，所得產物即為SiC顆粒增強鎂基復合坯體；③、將步驟②后得到的SiC顆粒增強鎂基復合坯體在鍛壓機上，溫度在400 420°C進行三次多向鍛造，每次變形率達到25 35%。
本發明一種碳化硅顆粒增強鎂基復合材料及制備方法的優點在于由于采用上述工藝方法，通過粉末冶金和多向鍛造兩種成型方法，使鎂合金基體與SiC顆粒之間具有良好的浸潤性和結合性，而且消除了粉末冶金成型過程中殘留在材料內部的孔隙，最終獲得了 SiC顆粒均勻分布，鎂合金基體晶粒細小的鎂基復合材料，使該復合材料具有更好的力學性能。與其它顆粒增強鎂基復合材料制備方法相比，本發明采用固態成型方法，工藝簡單，成本低廉，易于實現工業化，能制備出具有力學性能優良的SiC顆粒增強鎂基復合材料。


附圖1為采用本發明方法所制備的炭SiC顆粒增強鎂基復合材料金相照片。從圖中可看出復合材料內部致密，無明顯孔隙，SiC顆粒分布均勻，與鎂合金基體結合良好。附圖2為多向鍛造技術的工藝原理。
具體實施方式
實施方式I配制Mg粉、Al粉和SiC顆粒粉混合的混合粉末。其中Al粉質量百分比為5%，SiC顆粒粉末的質量百分數為5%。將混合粉末在氮氣保護下混合20min，然后壓制成密度為1. 74g/ cm3的粉末坯體，在真空條件下，于500°C進行無壓燒結，所得產物即為SiC顆粒增強鎂基復合坯體。將燒結得到SiC顆粒增強鎂基復合坯體在鍛壓機上進行三次多向鍛造。
其主要性能指標如下表所示
權利要求
1.一種碳化硅顆粒增強鎂基復合材料，其特征在于是一種是以純Mg粉末、Al粉末和SiC顆粒微粉為原材料，采用粉末冶金和多向鍛造法制備的碳化硅顆粒增強鎂基復合材料。
2.權利要求1所述一種碳化硅顆粒增強鎂基復合材料的制備方法，其特征在于包括下述工藝步驟 ①、配制Mg粉、Al粉和SiC顆粒粉混合的混合粉末，混料機中混合20min，混料過程中需氮氣保護，其中Al粉質量百分比為5% 10%，SiC顆粒粉末的質量百分數為5% 25% ； ②、將步驟①中的混合粉末壓制成孔隙度〈5%的粉末坯體，在真空條件下，于500°C進行無壓燒結，所得產物即為SiC顆粒增強鎂基復合坯體； ③、將步驟②后得到的SiC顆粒增強鎂基復合坯體在鍛壓機上，溫度在400 420°C進行三次多向鍛造，每次變形率達到25 35%。
全文摘要
一種碳化硅顆粒增強鎂基復合材料及制備方法，屬于金屬基復合材料領域，其特征在于是一種是以純Mg粉末、Al粉末和SiC顆粒微粉為原材料，采用粉末冶金和多向鍛造法制備的碳化硅顆粒增強鎂基復合材料。通過粉末冶金和多向鍛造兩種成型方法，使鎂合金基體與SiC顆粒之間具有良好的浸潤性和結合性，而且消除了粉末冶金成型過程中殘留在材料內部的孔隙，最終獲得了SiC顆粒均勻分布，鎂合金基體晶粒細小的鎂基復合材料，使該復合材料具有更好的力學性能。與其它顆粒增強鎂基復合材料制備方法相比，本發明采用固態成型方法，工藝簡單，成本低廉，易于實現工業化，能制備出具有力學性能優良的SiC顆粒增強鎂基復合材料。
文檔編號C22C23/00GK103031452SQ201210508349
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月3日 優先權日2012年12月3日
發明者楊琳, 喬力, 賈亞斌, 徐平平, 鄧世岐, 薛振華, 包駿 申請人:太原理工大學