本發明屬于金屬基復合材料
技術領域：
，具體涉及一種旋轉浸滲制備碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料的方法。
背景技術：
：隨著我國科學技術的不斷發展，金屬基復合材料的性能在眾多領域都有很好的研究和應用。金屬鎂被稱為21世紀的綠色工程材料，在航空航天、電子工業、光學儀器制造、國防、汽車制造等領域都有一定的應用，但是鎂合金在應用過程中上存在強韌度不夠高，抗蠕變形性能差等缺點，因此具有剛高強韌性和抗蠕變性等優點的納米顆粒增強鎂合金材料得到了重視。中國文獻(“納米sic顆粒增強am60鎂合金組織性能的研究”，王朝輝等，特種鑄造及有色合金，第641-642頁，第25卷第11期，2005年)公開的將β-納米sic顆粒加入到高韌性鑄造am60鎂合金中，在惰性氣體保護下，通過將鎂合金融化后加入納米sic顆粒，攪拌澆筑得到復合材料，該復合材料的力學性能和應對得到提高，且組織得到細化，但是其中納米sic顆粒的含量小，為1％。之后王朝輝又基于半固態工藝制備了納米sic顆粒增強am60鎂合金，參見中國文獻(“半固態工藝制備納米sic顆粒增強am60鎂合金”，康永林等，特種鑄造及有色合金，第583-585頁，第27卷第8期，2007年)將鎂合金融化后加入納米sic顆粒，攪拌均勻靜置，將合金液體的溫度調整至高于液相線的澆筑溫度，再進行澆筑得到復合材料，其中納米sic顆粒的含量小于1％，制備的復合材料的晶粒得到細化，機械強度進一步顯著提高，綜合性能優。由上述現有技術可知，通過對納米sic顆粒增強鎂合金處理方式上的改變，可顯著提高復合材料的性能，但是其性能還不能完全滿足一些特殊領域的應用，而且其中納米sic顆粒含量低，有必要進一步提高納米sic顆粒增強鎂合金的綜合性能，擴大其應用領域。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是提供一種旋轉浸滲制備碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料的方法，將鎂粉末與碳化硅粉末作為原料攪拌鑄造冷卻凝固形成預制件，置于液態鋁鎂硅合金內部，旋轉浸滲，取出固化后，再經真空半固態熱壓處理，得到碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料。為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種旋轉浸滲制備碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料的方法，包括以下步驟：(1)將金屬鎂粉末與碳化硅作為原料，運用攪拌鑄造法制備復合漿料，將漿料澆入水冷模具中，冷卻凝固得到碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件；(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內，在700-900℃下融化至液態，得到液態鋁鎂硅合金，保溫待用；(3)將步驟(1)制備的一片或者多片碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件完全浸入步驟(2)制備的液態鋁鎂硅合金內部，將碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件在液態鋁鎂硅合金內部旋轉，以不引起液態鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，然后停止轉動，將復合材料預制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復合材料；(4)將步驟(3)制備的鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復合材料清除其表面的氧化膜后，置于真空熱壓爐中，加熱至固液兩相溫度區間，施加外壓壓實，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料。作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，金屬鎂粉末與碳化硅的體積比為70-80:20-30。作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，碳化硅的粒徑為10-20μm，鎂粉的粒徑為100-200μm。作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，攪拌鑄造法為將金屬鎂粉末與碳化硅經球磨整理后，在550-650℃下加熱攪拌熔融。作為上述技術方案的優選，所述步驟(3)中，旋轉的轉速為300-600r/min，旋轉時間為30-90min。作為上述技術方案的優選，所述步驟(3)中，浸滲過程不需要惰性氣體保護。作為上述技術方案的優選，所述步驟(4)中，真空熱壓爐的真空度低于10-2pa。作為上述技術方案的優選，所述步驟(4)中，加熱的溫度為570-580℃。作為上述技術方案的優選，所述步驟(4)中，外壓的壓力為100-150mpa。作為上述技術方案的優選，所述步驟(4)中，碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料的孔隙率低于0.4％，抗拉強度高于200mpa。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：(1)本發明制備的碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料采用鎂粉末與碳化硅粉末作為原料攪拌鑄造冷卻凝固形成預制件，預制件中碳化硅的含量較高，預制件材料的剛度大，可以在之后的半固態真空固化處理中保持一定的形狀不變，但是原子的擴散能力提高，有利于各組分的混合均勻，提高復合材料的力學性能和穩定性能。(2)本發明制備的碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料采用旋轉浸滲的方法將鋁鎂硅合金浸透入碳化硅鎂基預制件，利用外部機械力帶動預制件在液態鋁鎂硅合金內快速旋轉，一方面防止固液界面形成氧化膜，另一方面促進液態鋁鎂硅合金與預制件顆粒表面直接接觸，提高了界面浸潤性，而且旋轉過程對液態鋁鎂硅合金浸滲前沿形成附加正應力，增加了熔體滲入預制件的驅動力，提高了滲透的效率，降低了滲透的溫度，降低了生產成本，此外，整個浸滲過程不需要真空或者惰性氣體保護，簡化了對設備的要求，更加有利于工廠化生產，降低生產能耗，提高產品的經濟價值。(3)本發明制備的碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料經旋轉浸滲后再進行半固態真空加壓處理，促進復合材料的組織更加致密，顆粒分布更加均勻，且無破碎，進一步提高復合材料的質量。(4)本發明制備工藝簡單，對設備的要求低，成型壓力小，生產效率高，成本低，有利于工廠大規模生產和處理，產品的成本低，有利于市場推廣。具體實施方式下面將結合具體實施例來詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。實施例1：(1)按照體積比為70:30，將粒徑為100μm的金屬鎂粉末與粒徑為10μm的碳化硅作為原料，經球磨整理后，在550℃下加熱攪拌熔融得到復合漿料，將漿料澆入水冷模具中，冷卻凝固得到碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件。(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內，在700℃下融化至液態，得到液態鋁鎂硅合金，保溫待用。(3)不需要惰性氣體保護，將一片碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件完全浸入液態鋁鎂硅合金內部，將碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件在液態鋁鎂硅合金中以300r/min的速度內部旋轉，以不引起液態鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，旋轉30min，然后停止轉動，將復合材料預制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復合材料。(4)將鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復合材料清除其表面的氧化膜后，置于真空度低于10-2pa的真空熱壓爐中，在570℃下加熱至固液兩相溫度區間，施加100mpa的外壓壓實，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料。實施例2：(1)按照體積比為80:20，將粒徑為200μm的金屬鎂粉末與粒徑為20μm的碳化硅作為原料，經球磨整理后，在650℃下加熱攪拌熔融得到復合漿料，將漿料澆入水冷模具中，冷卻凝固得到碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件。(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內，在900℃下融化至液態，得到液態鋁鎂硅合金，保溫待用。(3)不需要惰性氣體保護，將兩片碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件完全浸入液態鋁鎂硅合金內部，將碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件在液態鋁鎂硅合金中以600r/min的速度內部旋轉，以不引起液態鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，旋轉90min，然后停止轉動，將復合材料預制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復合材料。(4)將鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復合材料清除其表面的氧化膜后，置于真空度低于10-2pa的真空熱壓爐中，在580℃下加熱至固液兩相溫度區間，施加150mpa的外壓壓實，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料。實施例3：(1)按照體積比為75:25，將粒徑為150μm的金屬鎂粉末與粒徑為13μm的碳化硅作為原料，經球磨整理后，在575℃下加熱攪拌熔融得到復合漿料，將漿料澆入水冷模具中，冷卻凝固得到碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件。(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內，在750℃下融化至液態，得到液態鋁鎂硅合金，保溫待用。(3)不需要惰性氣體保護，將三片碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件完全浸入液態鋁鎂硅合金內部，將碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件在液態鋁鎂硅合金中以450r/min的速度內部旋轉，以不引起液態鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，旋轉50min，然后停止轉動，將復合材料預制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復合材料。(4)將鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復合材料清除其表面的氧化膜后，置于真空度低于10-2pa的真空熱壓爐中，在575℃下加熱至固液兩相溫度區間，施加115mpa的外壓壓實，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料。實施例4：(1)按照體積比為73:27，將粒徑為130μm的金屬鎂粉末與粒徑為16μm的碳化硅作為原料，經球磨整理后，在600℃下加熱攪拌熔融得到復合漿料，將漿料澆入水冷模具中，冷卻凝固得到碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件。(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內，在800℃下融化至液態，得到液態鋁鎂硅合金，保溫待用。(3)不需要惰性氣體保護，將一片碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件完全浸入液態鋁鎂硅合金內部，將碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件在液態鋁鎂硅合金中以550r/min的速度內部旋轉，以不引起液態鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，旋轉60min，然后停止轉動，將復合材料預制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復合材料。(4)將鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復合材料清除其表面的氧化膜后，置于真空度低于10-2pa的真空熱壓爐中，在570℃下加熱至固液兩相溫度區間，施加140mpa的外壓壓實，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料。實施例5：(1)按照體積比為80:20，將粒徑為200μm的金屬鎂粉末與粒徑為10μm的碳化硅作為原料，經球磨整理后，在650℃下加熱攪拌熔融得到復合漿料，將漿料澆入水冷模具中，冷卻凝固得到碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件。(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內，在700℃下融化至液態，得到液態鋁鎂硅合金，保溫待用。(3)不需要惰性氣體保護，將三片碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件完全浸入液態鋁鎂硅合金內部，將碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件在液態鋁鎂硅合金中以600r/min的速度內部旋轉，以不引起液態鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，旋轉30min，然后停止轉動，將復合材料預制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復合材料。(4)將鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復合材料清除其表面的氧化膜后，置于真空度低于10-2pa的真空熱壓爐中，在580℃下加熱至固液兩相溫度區間，施加100mpa的外壓壓實，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料。實施例6：(1)按照體積比為75:25，將粒徑為150μm的金屬鎂粉末與粒徑為12μm的碳化硅作為原料，經球磨整理后，在600℃下加熱攪拌熔融得到復合漿料，將漿料澆入水冷模具中，冷卻凝固得到碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件。(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內，在900℃下融化至液態，得到液態鋁鎂硅合金，保溫待用。(3)不需要惰性氣體保護，將一片碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件完全浸入液態鋁鎂硅合金內部，將碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件在液態鋁鎂硅合金中以550r/min的速度內部旋轉，以不引起液態鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，旋轉65min，然后停止轉動，將復合材料預制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復合材料。(4)將鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復合材料清除其表面的氧化膜后，置于真空度低于10-2pa的真空熱壓爐中，在570℃下加熱至固液兩相溫度區間，施加150mpa的外壓壓實，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料。對比例1：(1)按照體積比為70:30，將粒徑為100μm的金屬鎂粉末與粒徑為10μm的碳化硅作為原料，經球磨整理后，在550℃下加熱攪拌熔融得到復合漿料，將漿料澆入水冷模具中，冷卻凝固得到碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件。(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內，在700℃下融化至液態，得到液態鋁鎂硅合金，保溫待用。(3)不需要惰性氣體保護，將一片碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件完全浸入液態鋁鎂硅合金內部，將碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件在液態鋁鎂硅合金中以300r/min的速度內部旋轉，以不引起液態鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，旋轉30min，然后停止轉動，將復合材料預制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復合材料。對比例2：(1)按照體積比為70:30，將粒徑為100μm的金屬鎂粉末與粒徑為10μm的碳化硅作為原料，經球磨整理后，在550℃下加熱攪拌熔融得到復合漿料，將漿料澆入水冷模具中，冷卻凝固得到碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件。(2)將碳化硅顆粒鎂基復合材料預制件清除其表面的氧化膜后，置于真空度低于10-2pa的真空熱壓爐中，在570℃下加熱至固液兩相溫度區間，施加100mpa的外壓壓實，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強鎂基材料。經檢測，實施例1-6以及對比例1-2制備的碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料的鋁含量、孔隙率和機械強度的結果如下所示：實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6對比例1對比例2鋁含量(％)3.67.24.65.36.06.83.6--孔隙率(％)0.30.260.30.290.270.280.40.3抗拉強度(gpa)230290240250250240200190由上表可見，本發明制備的碳化硅顆粒增強鎂鋁基材料的鋁材料滲入量好，制備的材料的孔隙率小，抗壓強度高。上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬
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中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。當前第1頁12