专利名称：镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于复合材料技术领域的制备方法，具体是一种镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料的制备方法。
背景技术：
材料的阻尼性能在控制结构的振动和噪音中起了重要的作用，因而也延长了循环载荷或冲击下材料的服役寿命。在所有的商业金属结构材料中镁具有最高的阻尼性能，然而弱的机械性能限制了其更为广泛的应用。因此，改善镁的机械强度而保持其固有的高阻尼性能成为了众多研究的核心问题。
经对现有技术的文献检索发现，C.Mayencourt等人在《Phys.Status.Solidi.A》(1997，163357)上发表论文“高阻尼复合材料Mg2Si/Mg的研究”，该文提出通过定向凝固工艺制备纤维增强复合材料Mg2Si/Mg，拥有工业铸造镁合金AZ63相当的拉伸强度而阻尼性能却改善了10-100倍，该工艺得到的纤维复合材料的性能存在各向异性，而且定向凝固工艺复杂，不适合工业化生产。张小农等在《材料工程》(1997，No.819-21)上发表论文“Gr/Mg复合材料的阻尼行为研究”，该文研究了以石墨纤维增强的镁基复合材料的阻尼性能，但存在石墨纤维价格昂贵和复合制备工艺复杂等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足和缺陷，提供一种镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料的制备方法，使其制备的复合材料获得强度和阻尼性能的良好匹配，该复合材料是以化学镀铜(Cu)的石墨(Gr)粒子为增强相，以纯镁或镁合金为基体相，通过在石墨颗粒表面化学镀铜来得到特殊的界面层。
本发明是通过以下技术方案实现的，方法步骤如下(1)选用不同尺寸的含化学镀铜层石墨颗粒应满足基体为纯镁粉或镁合金粉体积百分比70％-99％与含化学镀铜层石墨颗粒1％-30％的体积百分比混合制得，化学镀铜层为通过化学镀铜在石墨颗粒表面沉积的一层铜涂层，铜的重量百分比占含化学镀铜层石墨颗粒总重量的10％～50％，石墨颗粒的重量百分比为50％～90％。
(2)由步骤(1)折算出所需纯镁粉或镁合金粉的重量。
(3)将含化学镀铜层石墨颗粒、镁粉及玛瑙球按球料重量比为3∶1的比例加入到混料机中进行混合2～48小时，其中，混料机转速为30～60r/min。
(4)把混合均匀的粉末放入模具中，在室温下压制成块，压制块的致密度约为70％～90％。
(5)将压制的块体于真空炉中进行烧结，烧结温度为400℃～550℃，烧结时间1～4小时，真空度为1×10-3Pa以上。
(6)将烧结后的块体再进行热挤压，挤压温度为350℃，面积压缩比为10-100∶1，获得镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料。
石墨和镁具有高的本征阻尼性能，加之复合材料的界面效应，可保证本发明的复合材料具有良好的阻尼性能。石墨表面的化学镀铜层可以有效改善石墨和镁基体之间的润湿，促进烧结，从而提高最终的力学性能，达到高强度高阻尼的结构与功能一体化。
高性能复合材料体系的发展很大程度上取决于界面改性及相关性能的提高，界面层的选择或设计对于优化复合材料最终的性能起了一个关键的作用。遗憾的是，以前的研究几乎没有关注界面层(如颗粒表面涂层)的存在对复合材料整体阻尼性能的影响。由于镁基复合材料的界面对其力学性能和阻尼性能的影响显著，采用石墨颗粒表面镀铜方法可得到具有特殊界面层的镁基复合材料，使其具有良好的力学性能和阻尼性能的综合。本发明镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料的制备工艺，不仅保证了复合材料具有高的拉伸强度和阻尼性能，而且测试数据重现性好，复合材料具有各向同性的特征。
本发明的镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料制备方法的优点在于，它利用常规粉末冶金技术并辅以热挤工艺，选取合适的涂层厚度、颗粒体积分数、烧结温度、烧结时间、挤压温度及挤压比制备出了增强相颗粒分布均匀、界面结合良好，而且兼具良好力学性能和阻尼性能的镁基复合材料，为制备结构功能一体化的镁基复合材料开辟了一条新的途径，进一步拓展了其应用领域。
具体实施例方式
以下用实施例对本发明作进一步的说明，将有助于对本发明的产品及制备方法及其优点作进一步的理解，本发明的保护范围不受这些实施例的限定，本发明的保护范围由权利要求书来限定。
实施例1本实施例的镀铜石墨颗粒增强的镁基复合材料，Gr粒子的体积百分数为1vol％。采用40μm纯镁粉和20μm的Gr粒子为原始粉末材料，在Gr粒子表面化学镀覆重量比为10％的含化学镀铜层。然后将所需量的镁粉和镀Cu的Gr粒子在混料机中以球料比3∶1混合2小时，将混合均匀的粉末压制成圆柱体，随后置于真空炉中在400℃下烧结1小时，最后以面积挤压比10∶1于350℃挤压成棒材。制得的含化学镀铜层Gr/Mg复合材料的抗拉强度约为130MPa，高出镁的抗拉强度约25％，室温阻尼性能达到0.02的高阻尼。
实施例2本实施例的镀铜石墨颗粒增强的镁基复合材料，采用40μm纯镁粉和20μm的Gr粒子为原始粉末材料，Gr粒子的体积百分数为10％。在Gr粒子表面化学镀覆重量比为30％的含化学镀铜层。然后将镁粉和镀Cu的Gr粒子在混料机中以球料比3∶1混合24小时，将混合均匀的粉末压制成圆柱体，随后置于真空炉中在400℃下烧结4小时，最后以面积挤压比10∶1于350℃挤压成棒材。该含化学镀铜层Gr/Mg复合材料的抗拉强度约为170MPa，提高镁的强度约60％。室温阻尼性能接近于0.014，达到高阻尼水平。
实施例3本实施例的镀铜石墨颗粒增强的镁基复合材料，采用40μm纯镁粉和20μm的Gr粒子为原始粉末材料，Gr粒子的体积百分数为30％。在Gr粒子表面化学镀覆重量比为50％的含化学镀铜层。然后将所需量的镁粉和镀Cu的Gr粒子在混料机中以球料比3∶1混合48小时，将混合均匀的粉末压制成圆柱体，随后置于真空炉中在550℃下烧结4小时，最后以面积挤压比10∶1于350℃挤压成棒材。该涂层Gr/Mg复合材料的抗拉强度约为210MPa，提高镁的强度约100％。室温阻尼接近于0.01，高温阻尼性能超过了镁。因此该含化学镀铜层Gr/Mg复合材料可获得良好的机械与阻尼性能匹配。
权利要求
1.一种镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下(1)选用不同尺寸的含化学镀铜层石墨(Gr)颗粒粒子，应满足基体为纯镁粉或镁合金粉体积百分比70％-99％与含化学镀铜层石墨颗粒1％-30％的体积百分比混合制得，化学镀铜层为通过化学镀铜在石墨颗粒表面沉积的一层铜涂层，铜的重量百分比占含化学镀铜后石墨颗粒总重量的10％～50％，石墨颗粒的重量百分比为50％～90％；(2)由步骤(1)折算出所需纯镁粉或镁合金粉的重量；(3)将化学镀铜石墨颗粒、镁粉及玛瑙球按球料重量比为3∶1的比例加入到混料机中进行混合2～48小时，其中，混料机转速为30～60r/min；(4)把混合均匀的粉末放入模具中，在室温下压制成块，压制块的致密度约为70％～90％；(5)将压制的块体于真空炉中进行烧结，烧结温度为400℃～550℃，烧结时间1～4小时，真空度为1×10-3Pa以上；(6)将烧结后的块体再进行热挤压，挤压温度为350℃，面积压缩比为10-100∶1，获得镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料。
2.根据权利要求1所述的镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，所述的混料机，混料机中的含化学镀铜层石墨颗粒、镁粉及玛瑙球按球料重量比为3∶1的比例。
3.根据权利要求1或者2所述的镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，所述的混料机，转速为30～60r/min。
4.根据权利要求1所述的镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，所述的压制块的致密度为70～90％。
5.根据权利要求1所述的镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，所述的烧结，烧结温度为400～550℃，烧结时间1～4小时。
6.根据权利要求1或者5所述的镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，所述的烧结，真空度为1×10-3Pa以上。
7.根据权利要求1或者6所述的镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料的制备方法，其特征是，所述的热挤压，挤压温度为350℃。
全文摘要
一种用于复合材料技术领域的镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料的制备方法。具体步骤如下选用石墨颗粒，在其表面通过化学镀覆工艺沉积一薄层铜涂层；复合材料中增强体颗粒的体积百分含量1－30％，折算出所需涂层石墨颗粒的重量和所需原料镁粉的重量；将所需量的涂层石墨颗粒、镁粉及玛瑙球加入到混料机中进行混合2～48小时；把混合均匀的粉末放入模具中，在室温下压制成块；将压制的块体于真空炉中进行烧结；将烧结后的块体再进行热挤压，面积压缩比为10～100∶1。本发明制备出了增强相颗粒分布均匀、界面结合良好、而且兼具良好力学性能和阻尼性能的镁基复合材料，为制备结构功能一体化的镁基复合材料开辟了一条新的途径，进一步拓展了其应用领域。
文档编号B22F3/12GK1676245SQ20051002479
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月31日 优先权日2005年3月31日
发明者张小农, 赵常利, 顾金海 申请人:上海交通大学