新型SiC_P颗粒增强快速凝固镁合金复合材料的制备方法

专利名称：新型SiC_P颗粒增强快速凝固镁合金复合材料的制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料及冶金技术领域，涉及一种镁合金复合材料，尤其涉及一种新型SiCp颗粒增强快速凝固镁合金复合材料的制备方法。
背景技术：
镁及镁合金作为目前最轻的金属结构材料，其较高的比强度、比刚度，良好的抗磁干扰性，高的电负性和导热性，成为21世纪最具有发展潜力的金属材料之一，被广泛用于航空航天、现代汽车、便携电子产品等行业。尽管镁合金有诸多优点，但传统镁合金仍存在强度较低，韧性差，塑性加工困难以及高温抗蠕变性能差等问题，使其作为某些结构件的应用受到限制。通过在镁及镁合金基体中添加增强相，所制备的镁基复合材料不但密度小，比强度及比刚度高，减振降噪性能优异，而且具有优良的力学和物理性能，在航空航天、军事领域、电子电器及汽车等行业越来越得到广泛的应用。由于复合材料获得强化很大部分取决于将应力从基体转移到比较强的增强相的能力，因而获得一个强的基体/增强相的界面结合十分关键。一般复合材料增强体的选择要与基体合金的物理性能、化学相容性，润湿性，载荷承受能力等相关，尽量避免增强体与基体合金之间的界面反应。目前，以颗粒或短纤维制备的镁基复合材料的工艺简便、成本低和力学性能好而得到认可，常用的增强体主要有C纤维、Ti纤维、B纤维，Al2O3颗粒及其短纤维，SiC颗粒(SiCp)或晶须，B4C颗粒等。SiC颗粒(SiCp)增强金属基复合材料的研究已有40余年的历史。美国学者Logsdon指出:金属基复合材料未来的发展前景主要在于非长纤维增强，由于生产SiCp的原材料资源丰富、工艺简单、成本低廉，同时SiCp具有优良的综合性能，是一种理想的镁合金复合材料增强体。目前SiCp增强金属基复合材料的制备工艺主要为粉末冶金法、喷射沉积法、铸造法和原位合成法等一系列工艺。杨汉嵩公开的专利《SiC/镁合金AZ91复合材料的粉末冶金制备方法》(申请号:201110234318.2，公开号:CN102251133A，
公开日:2011.11.23)通过将`一定量的Mg粉、Al粉、Zn粉和SiCp进行混合，干燥，烧结最后制备出SiC颗粒增强AZ91镁合金复合材料，该复合材料的硬度明显高于基体合金，并且表现出优良的摩擦性能。但是在整个制备过程中，要严格控制所加粉的粒度、纯度和干燥度；在烧结过程中的技术参数繁多，很难把握。同时，粉末冶金的设备复杂，成本偏高，不易制备大体积和形状复杂的零件，而且在生产过程中存在粉末燃烧和爆炸的危险，复合材料的致密度较难稳定控制。喷射沉积法是将粉末冶金中混合与凝固两个过程相结合的新工艺，其原理为使熔融金属液在高压惰性气体射流的作用下分散雾化，同时将增强相颗粒喷入金属雾化射流中，使之混合共喷射沉积到预处理的基板上，并快速凝固形成所需材料。这种方法所得复合材料致密度高，组织细小，但是所用气体成本较高，所获得的复合材料孔隙率较高，需进行二次处理。铸造法是目前制备金属基复合材料的主要方法，闻洪公开的专利《SiCp/AZ61复合材料半固态制备方法》(申请号:200710068156.3，公开号:CN101045965A，
公开日:2007.10.03)通过利用铸造法中的半固态工艺，采用熔剂和氩气保护，将AZ61镁合金重熔，加入SiCp颗粒，进行搅拌最终获得镁基复合材料。虽然此方法能够制备形状复杂的镁基复合材料，但是在对镁合金基体重熔过程中温度高，不仅会造成合金元素的烧损，同时由于搅拌不充分致使SiCp颗粒团聚且分布不均匀，这将降低复合材料的综合力学性能，因此需要对其工艺做进一步改进。原位合成法是在合适的温度下向金属熔液中加入能生成强化相的气体或固体物质，使其与基体发生化学反应原位生成一定的增强相，从而制备复合材料。目前这种工艺研究较多的是Tic、Al2O3增强的复合材料，而SiCp增强镁合金基复合材料的甚少。尽管金属基复合材料已经发展了 40余年，但是目前对镁基复合材料的复合机理、界面强化机理等基础研究而言还很不充分，其制备工艺还亟待改进和完善，增强相和基体的性能还需要进一步提高。目前，采用SiCp增强快速凝固镁合金复合材料的研究尚无报道。

发明内容
本发明的目的是提供一种新型SiCp颗粒增强快速凝固镁合金复合材料的制备方法，避免了现有粉末冶金中粉末燃烧、爆炸和致密度问题及采用普通铸造方法中SiCp颗粒的团聚现象和烧损现象，且使得该复合材料具有一定的伸长率。本发明的技术方案是，一种新型SiCp颗粒增强快速凝固镁合金复合材料的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施:步骤1，制备镁合金复合材料的基体合金材料常规凝固铸锭:
将镁合金基体材料在电阻炉中完全熔化，按照需要的镁合金配方重量百分比依次加入合金元素，合金元素的加入方式为纯金属或中间合金，加入后进行搅拌，待完全熔解后，升温至710V 760°C，然后静置10分钟，在700°C 720°C的温度条件下进行浇注，浇注过程中扒去熔渣，凝固后得到常规凝固铸锭；步骤2,制备快速凝固镁合金薄带:清除步骤I制得的常规凝固铸锭表面的氧化膜等污物，在高纯Ar气氛下保护条件下重熔第一步中得到的常规凝固铸锭，然后将熔融镁合金在Ar压力条件下喷射在高速旋转的铜棍上制成厚度为20 μ m 100 μ m、宽度为3mm 20mm、晶粒尺寸为0.5μηι 2μηι的快速凝固镁合金薄带；步骤3,切割快速凝固镁合金薄带:将步骤2所制备的快速凝固镁合金薄带在专用切割机中切割成长度为Imm薄片；步骤4，球磨将SiCp和步骤3切割后的快速凝固镁合金薄带，然后置于200-300转/分的高能球磨机中球磨混粉I 10小时；步骤5，挤压成形将步骤4球磨后的快速凝固镁合金薄带和SiCp分两步进行挤压成形，先进行往复挤压，然后通过普通正挤压后制成棒材或板材，即成。本发明的特点还在于，其中步骤I中所述的镁合金基体材料为以下任意一种:纯镁、任意标准牌号为AZ系或ZK系镁合金、铸造镁合金或变形镁合金，亦或为根据要求熔铸的特定镁合金或稀土镁
I=1-Wl O步骤I中熔化和浇注过程在保护气体或RJ-2型工业商用覆盖熔剂保护条件下进行。步骤I中所述保护气体为按体积比99.5%的CO2与0.5%的SF6的混合气体。步骤2中Ar的压力为103_104Pa。步骤4中SiCp与快速凝固镁合金薄带的混合物中按重量百分比SiCp为2 25%。其中步骤4中所述SiCp的粒度为0.1 μ m 2 μ m。步骤5中往复挤压通过以下装置实施:该装置包括第一挤压桶和第二挤压桶，第一挤压桶和第二挤压桶内分别套接有第一挤压杆与第二挤压杆，第一挤压桶和第二挤压桶之间设置有凹模，第一挤压桶、第二挤压桶和凹模外套接有加热体。步骤5中往复挤压过程为:将经步骤4球磨后的SiCp颗粒和快速凝固镁合金薄带置于由第一挤压桶、凹模和第二挤压桶顺序连接所形成的空腔中，并在第一挤压桶和第二挤压桶两外端伸入的第一挤压杆和第二挤压杆的作用下填充满上述空腔，对加热体通电加热，使挤压过程在250°C 3600C的温度条件下进行，SiCp颗粒和快速凝固镁合金薄带在第一挤压杆和第二挤压杆分别往复运动的情况下，通过凹模处的物料被挤压变细，进入挤压桶的部分又被压缩敦粗，如此往复挤压2 10道次。其中步骤5中往复挤压和普通正挤压的挤压比均为10 25。本发明的有益效果为:避免了粉末冶金中粉末燃烧、爆炸和致密度问题及采用普通铸造方法中SiCp颗粒的团聚现象和烧损现象；结合快速凝固(Rapidly Solidification,简写RS)和往复挤压(Reciprocating Extrusion,简写RE)制备可控高SiCp含量的镁基复合材料，该RS-Mg复合材料同时兼具快速凝固的高强度特征和SiCp增强的高耐磨性等优点，并充分发挥RE的特点， 使得该镁基复合材料中SiCp在RE的挤压和墩粗变形过程中进一步流动、转动和破碎，分布更加均匀，与基体界面结合更加良好，使得该复合材料具有一定的伸长率。本发明的方法制备的SiCp颗粒增强快速凝固镁基复合材料，达到了抗拉强度彡300MPa,延伸率彡5%，密度彡2.0g/cm3,扩大了镁合金的应用领域，尤其适应于一些特殊场合对高强韧镁基复合材料的需求。


图1为本发明制备方法中专用往复挤压装置的结构示意图。图中，1.第一挤压杆，2.第一挤压桶,3.凹模,4.加热体,5.第二挤压桶,6.快速凝固镁合金薄带，7.第二挤压杆。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。本发明提供一种新型SiCp颗粒增强快速凝固镁合金复合材料的制备方法，按照以下步骤实施:步骤1，制备镁合金复合材料的基体合金材料常规凝固铸锭:将镁合金基体材料在电阻炉中完全熔化，按照需要的镁合金配方重量百分比依次加入合金元素，合金元素的加入方式为纯金属或中间合金，加入后进行搅拌，待完全熔解后，升温至710V 760°C，然后静置10分钟，在700°C 720°C的温度条件下进行浇注，浇注过程中扒去熔渣，凝固后得到常规凝固铸锭；镁合金基体材料为以下任意一种:纯镁、任意标准牌号为AZ系或ZK系镁合金、铸造镁合金或变形镁合金，亦或为根据要求熔铸的特定镁合金或稀土镁合金；熔化和浇注过程在保护气体或RJ-2型工业商用覆盖熔剂保护条件下进行，保护气体为按体积比99.5%的CO2与0.5%的SF6的混合气体；步骤2,制备快速凝固镁合金薄带:清除步骤I制得的常规凝固铸锭表面的氧化膜等污物，在高纯Ar气氛下保护条件下重熔第一步中得到的常规凝固铸锭，然后将熔融镁合金在Ar压力条件下喷射在高速旋转的铜棍上制成厚度为20 μ m 100 μ m、宽度为3mm 20mm、晶粒尺寸为0.5μηι 2μηι的快速凝固镁合金薄带；步骤3,切割快速凝固镁合金薄带:
将步骤2所制备的快速凝固镁合金薄带在专用切割机中切割成长度为Imm薄片；步骤4，球磨将粒度为0.1 μ m 2 μ m的SiCp和步骤3切割后的快速凝固镁合金薄带，然后置于200-300转/分的高能球磨机中球磨混粉I 10小时；步骤5，挤压成形将步骤4球磨后的快速凝固镁合金薄带和SiCp分两步进行挤压成形，先进行往复挤压，然后通过普通正挤压后制成棒材或板材，即成。其中进行往复挤压的装置如图1所示，包括第一挤压桶2和第二挤压桶5，第一挤压桶2和第二挤压桶5内分别套接有第一挤压杆I与第二挤压杆7，第一挤压桶2和第二挤压桶5之间设置有凹模3，第一挤压桶2、第二挤压桶5和凹模3外套接有加热体4。往复挤压过程如图1所示，将经步骤4球磨后的SiCp颗粒和快速凝固镁合金薄带置于由第一挤压桶2、凹模3和第二挤压桶5顺序连接所形成的空腔中，并在第一挤压桶2和第二挤压桶5两外端伸入的第一挤压杆I和第二挤压杆7的作用下填充满上述空腔，对加热体4通电加热，使挤压过程在250°C 360°C的温度条件下进行，SiCp颗粒和快速凝固镁合金薄带在第一挤压杆I和第二挤压杆7分别往复运动的情况下，通过凹模3处的物料被挤压变细，进入挤压桶的部分又被压缩敦粗，如此往复挤压2 10道次。往复挤压是一种大塑性变形技术，是集挤压与镦粗同时进行的一种方法。往复挤压步骤可有效地对快速凝固镁合金薄带和SiCp进行揉压，随着挤压次数的增多，未混合区逐渐收缩并消失，良好的混合区不断扩展，从而获得细小均匀的组织，并提高材料的强度和延展性。材料在经过数次往复挤压后，不仅获得最佳的焊合及致密效果，重要的是被挤压材料可以在每一次挤压后恢复最初的形状。此外，往复挤压还能有效地消除和破碎初始材料中界面氧化膜和孔洞，并使材料内的不同相和SiCp获得弥散、均匀地分布。往复挤压步骤可使用专用的往复挤压装置，该装置包括第一挤压桶2、由两个半凹模组成的凹模3和第二挤压桶5顺序连接，第一挤压桶2、凹模3和第二挤压桶5的外壁围绕设置加热体4，将被挤压材料分别放入第一挤压桶2和第二挤压桶5后，第一挤压杆I和第二挤压杆7分别插入第一挤压桶2和第二挤压桶5，从两端抵住被挤压材料。将球磨后的SiCp和快速凝固镁合金薄带6置于由第一挤压桶2、凹模3、第二挤压桶5形成的空腔中，预压实后在第一挤压杆I和第二挤压杆7的作用下，使SiCp和快速凝固镁合金薄带6受到往复挤压，控制挤压比为10 25，使设置在第一挤压桶、凹模和第二挤压桶外围的加热体通电加热，挤压在温度250°C 360°C条件下进行，快速凝固镁合金薄带和SiCP在第一挤压杆和第二挤压杆分别往复用力的情况下，通过凹模处的部分被挤压变细，进入挤压桶的部分又被压缩镦粗，如此往复挤压2 10道次。然后将经过RE往复挤压2 10道次的快速凝固镁合金薄带和SiCP材料取出，并在250°C 360°C条件下通过普通正挤压制成一定直径的棒材或一定宽度和厚度的板材。也可通过后续的零件专用挤压模具连续挤压成型为零部件。经上述方法制得的快速凝固镁合金复合材料的晶粒尺寸小于2 μ m, SiCp颗粒增强快速凝固镁基复合材料，达到了抗拉强度> 300MPa,延伸率> 5%，密度< 2.0g/cm3,扩大了镁合金的应用领域，尤其适应于一些特殊场合对高强韧镁基复合材料的需求。本发明通过快速凝固制备镁合金薄带，快速凝固技术因溶质截留可以消除或减少镁合金因常规铸造所产生的成分偏析等缺陷、形成过饱和固溶体、细化晶粒，并可以获得亚稳相、微晶、纳米晶和非晶，从而大幅度提高密排六方结构镁合金的综合力学性能和耐蚀性倉泛。本发明通过将SiCp和RS-Ribbons进行高能球磨，使得两者均匀混合避免SiCp团聚。本发明通过往复挤压,可有效地对快速凝固镁合金薄带RS-Ribbons和SiCp进行在挤压和镦粗产生揉压，随着挤压道次数的增多，未熔合区逐渐收缩并消失，良好的熔合区不断扩展，从而获得各向同性、细小均匀的组织，提高材料的强度和延展性。材料在经过数次往复挤压后，不仅获得最佳的细化效果，重要的是被挤压材料可以在每一次挤压后恢复最初的形状。此外，往复挤压还能有效地消除和破碎初始材料中界面氧化膜和孔洞，并使材料内的不同相颗粒获得弥散 、均匀地分布。往复挤压具有如下特点:①反复进行挤压和镦粗，可以使金属和合金获得任意大的应变而没有破裂的危险:②反复变形后材料的形状尺寸不变，因此，变形量不受尺寸限制；③连续变形，无需改变试样的原始形状；④材料在变形过程中基本处于压应力状态，有利于消除材料原始组织的各种缺陷；⑤加工温度范围宽，可以连续反复变形，操作简单、控制方便、生产率高、易于工业应用。另外，本发明提供的经往复挤压后SiCp颗粒增强快速凝固镁基复合材料还可以直接通过后续的普通正挤压制成一定直径的棒材或一定宽度和厚度的板材，或通过后续的零件专用挤压模具连续挤压成型为零部件，简化了成型工艺。实施例1:选择AZ91镁合金作为复合材料的基体，SiCp的名义粒度尺寸为0.5 μ m，SiCp含量百分比为6%，其余为AZ91镁合金。清除工业AZ91镁合金锭表面的氧化膜及污物，在电阻炉中710 760°C重熔，然后710°C的温度下浇注，浇注过程中扒去熔渣并通保护气保护液面，凝固后制成常规凝固铸锭，熔化和浇注过程在气体(C02+0.5%SF6)保护条件下进行；清除上述步骤制得的常规凝固铸锭表面的氧化膜等污物，在单辊梳流式快速凝固设备中制备RS-AZ9Ι-Ribbons。在高纯Ar气氛下保护条件下重熔AZ91镁合金铸锭，然后将熔融镁合金在Ar压力条件下喷射在高速旋转的铜辊上制成厚度为20 μ m 100 μ m、宽度为3mm 20mm、晶粒尺寸为0.5μηι 2μηι的快速凝固镁合金薄带；
将上述获得的RS-AZ91-Ribbons镁合金薄带切割成Imm左右一维片状。将名义粒度尺寸为0.5 μ m的SiCP，与切割后的RS-AZ91-Ribbons粉放在200转/分的高能球磨机中球磨混粉1.5小时，其中SiCp含量百分比为6%，使SiCp和RS-AZ91-Ribbons通过球磨机械混合均匀，避免SiCp团聚；将完全混合均匀的SiCp和RS-AZ91-Ribbons混合体放到专用的往复挤压装置中在300°C条件下挤压比为10的往复挤压大塑性变形4道次，然后取出并在280°C通过普通正挤压制成棒材。得到的SiCp增强RS_AZ91+6%SiCP镁合金复合材料基体的晶粒尺寸为0.2-1 μ m，室温抗拉强度350MPa，延伸率为10%，密度小于2.0g/cm3。而AZ91常规凝固合金棒材的抗拉强度仅有220MPa，延伸率仅有3.5%。实施例2选择AZ31镁合金作为复合材料的基体，SiCp的名义粒度尺寸为0.6 μ m，SiCp含量百分比为15%，其余为AZ31镁合金。清除商用AZ31镁合金锭表面的氧化膜及污物，在电阻炉中710 760°C重熔，然后700°C浇注，浇注过程中扒去熔渣并通保护气保护液面，凝固后制成常规凝固铸锭，熔化和浇注过程在气体(C02+0.5%SF6)保护条件下进行；清除上述步骤制得的常规凝固铸锭表面的氧化膜等污物，在单辊梳流式快速凝固设备中制备RS-AZ31-Ribbons。在高纯Ar气氛下保护条件下重熔AZ31镁合金铸锭，然后将熔融镁合金在Ar压力条件下喷射在高速旋转的铜辊上制成厚度为20 μ m 100 μ m、宽度为3mm 20mm、晶粒尺寸为0.5μη ι 2μηι的快速凝固镁合金薄带；将上述获得的RS-AZ31-Ribbons镁合金薄带切割成Imm左右一维片状。将名义粒度尺寸为0.6 μ m的SiCP，与切割后的RS-AZ31-Ribbons粉放在270转/分的高能球磨机中球磨混粉1.5小时，其中SiCp含量百分比为10%，使SiCp和RS-AZ31-Ribbons通过球磨机械混合均勻，避免SiCp团聚；将完全混合均匀的SiCp和RS-AZ31-Ribbons混合体放到专用的往复挤压装置中在300°C条件下挤压比为10的往复挤压大塑性变形4道次，然后取出并在300°C通过普通正挤压制成板材。得到的SiCp增强RS-AZ31-Ribbons镁合金复合材料的基体晶粒尺寸为0.2-1 μ m，室温抗拉强度320MPa，延伸率为6%，密度小于2.0g/cm3。而AZ31常规凝固合金棒材的抗拉强度仅有240MPa，延伸率仅有6%。实施例3选择ZK61镁合金作为复合材料的基体，SiCp的名义粒度尺寸为0.6 μ m，SiCp含量百分比为10%，其余为ZK61镁合金。清除商用ZK61镁合金锭表面的氧化膜及污物，在电阻炉中710 760°C重熔，然后700°C浇注，浇注过程中扒去熔渣并通保护气保护液面，凝固后制成常规凝固铸锭，熔化在RJ-2型覆盖剂保护条件下进行，浇注过程在气体(C02+0.5%SF6)保护条件下进行；清除上述步骤制得的常规凝固铸锭表面的氧化膜等污物，在单辊梳流式快速凝固设备中制备RS-ZK61-Ribbons。在高纯Ar气氛下保护条件下重熔ZK61镁合金铸锭，然后将熔融镁合金在Ar压力条件下喷射在高速旋转的铜辊上制成厚度为20 μ m 100 μ m、宽度为3mm 20mm、晶粒尺寸为0.5μηι 2μηι的快速凝固镁合金薄带；将上述获得的RS-ZK61-Ribbons镁合金薄带切割成Imm左右一维片状。将名义粒度尺寸为2 μ m的SiCP，和切割后的RS-ZK61-Ribbons粉放在300转/分的高能球磨机中球磨混粉I小时，SiCp含量百分比为10%，使SiCp和RS-ZK61-Ribbons通过球磨机械混合均匀，避免SiCp团聚；将完全混合均匀的SiCp和RS-ZK61-Ribbons混合体放到专用的往复挤压装置中在250°C条件下挤压比为20的往复挤压大塑性变形2道次，然后取出并在280°C通过普通正挤压制成板材。得到的SiCp增强RS-ZK61-Ribbons镁合金复合材料的基体晶粒尺寸为0.2-1 μ m，室温抗拉强度370MPa，延伸率为8%，密度小于2.0g/cm3。而ZK61常规凝固合金棒材的抗拉强度仅有260MPa，延伸率仅有5%。实施例4选择Mg-6.5Zn-2.6Y_0.8Ce_l.2Nd合金为复合材料基体镁合金，合金成分(重量百分比)为:6.5%Zn、2.6%Y、0.8%Ce、l.2%Nd，杂质元素Fe, Cu,Ni总含量小于0.01%，其余为Mg。在电阻炉中以710°C 760°C的温度将纯镁完全熔化，熔化过程中气体在(C02+0.5%SF6)气体保护下或工业镁合金专用RJ-2型覆盖剂保护下进行，按上述比例分别加入纯Zn及Mg-Y、Mg-Ce及Mg-Nd中间合金，并搅拌，控制Fe、Cu、Ni总含量小于0.01%，待完全熔解后，继续升温至750°C，然后静置10分钟，720°C的温度下浇注，浇注过程中扒去熔渣并通保护气保护液面，凝固后制成常规凝固铸锭；清除上述步骤制得的Mg-6.5Zn-2.6Y_0.8Ce_l.2Nd常规凝固铸锭表面的氧化膜等污物，在单辊梳流式快速凝固设备中制备RS-Mg-6.5Zn-2.6Y-0.8Ce_l.2Nd_Ribbons。在高纯Ar气氛下保护条件下重熔Mg-6.5Zn-2.6Y-0.8Ce_l.2Nd镁合金铸锭，然后将熔融镁合金在Ar压力条件下喷射在高速旋转的铜棍上制成厚度为20 μ m 100 μ m、宽度为3mm 20mm、晶粒尺寸为0.5μηι 2μηι的快速`凝固镁合金薄带；将上述获得的RS-Mg-6.5Zn-2.6Y-0.8Ce_l.2Nd_Ribbons 镁合金薄带切割成 Imm左右一维片状。将名义粒度尺寸为0.1 μ m的SiCp,与切割后的RS-Mg-6.5Zn_2.6Y-0.8Ce-1.2Nd-Ribbons粉放在高能球磨机中球磨混粉10小时，SiCp含量百分比为5%，使SiCp和RS-Ribbons通过球磨机械混合均勻,避免SiCp团聚；将完全混合均匀的SiCp 和 RS-Mg-6.5Ζη_2.6Υ-0.8Ce_l.2Nd_Ribbons 混合体放到专用的往复挤压装置中在360°C条件下挤压比为25的往复挤压大塑性变形10道次，然后取出并与专用手机外壳挤压模具对接，并在300°C通过普通挤压制成手机壳体零件。得到的SiCp 增强 RS-Mg-6.5Ζη_2.6Υ-0.8Ce_l.2Nd_Ribbons 镁合金复合材料的基体晶粒尺寸为0.2-1 μ m,室温抗拉强度420MPa，延伸率为10%，密度小于2.0g/cm3。而Mg-6.5Zn-2.6Y-0.8Ce_l.2Nd常规凝固合金棒材的抗拉强度仅有280MPa，延伸率仅有5%。
权利要求
1.一种新型SiCp颗粒增强快速凝固镁合金复合材料的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施: 步骤I，制备镁合金复合材料的基体合金材料常规凝固铸锭: 将镁合金基体材料在电阻炉中完全熔化，按照需要的镁合金配方重量百分比依次加入合金元素，合金元素的加入方式为纯金属或中间合金，加入后进行搅拌，待完全熔解后，升温至710V 760°C，然后静置10分钟，在700°C 720°C的温度条件下进行浇注，浇注过程中扒去熔渣，凝固后得到常规凝固铸锭； 步骤2，制备快速凝固镁合金薄带: 清除步骤I制得的常规凝固铸锭表面的氧化膜等污物，在高纯Ar气氛下保护条件下重熔第一步中得到的常规凝固铸锭，然后将熔融镁合金在Ar压力条件下喷射在高速旋转的铜棍上制成厚度为20 μ m 100 μ m、宽度为3_ 20_、晶粒尺寸为0.5μηι 2μηι的快速凝固镁合金薄带； 步骤3，切割快速凝固镁合金薄带: 将步骤2所制备的快速凝固镁合金薄带在专用切割机中切割成长度为Imm薄片； 步骤4，球磨 将SiCp和步骤3切割后的快速凝固镁合金薄带，然后置于200-300转/分的高能球磨机中球磨混粉I 10小时； 步骤5，挤压成形 将步骤4球磨后的快速凝固镁合金薄带和SiCp分两步进行挤压成形，先进行往复挤压，然后通过普通正挤压后制成棒材或板材，即成。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤I中所述的镁合金基体材料为以下任意一种:纯镁、任意标准牌号为AZ系或ZK系镁合金、铸造镁合金或变形镁合金，亦或为根据要求熔铸的特定镁合金或稀土镁合金。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤I中熔化和浇注过程在保护气体或RJ-2型工业商用覆盖熔剂保护条件下进行。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤I中所述保护气体为按体积比99.5%的CO2与0.5%的SF6的混合气体。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中Ar的压力为103-104Pa。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中SiCp与快速凝固镁合金薄带的混合物中按重量百分比SiCp为2 25%。
7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，步骤4中所述SiCp的粒度为0.1 μ m 2 μ m0
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤5中往复挤压通过以下装置实施:该装置包括第一挤压桶(2)和第二挤压桶(5)，第一挤压桶(2)和第二挤压桶(5)内分别套接有第一挤压杆(I)与第二挤压杆(7)，第一挤压桶(2)和第二挤压桶(5)之间设置有凹模(3)，第一挤压桶(2)、第二挤压桶(5)和凹模(3)外套接有加热体(4)。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤5中往复挤压过程为: 将经步骤4球磨后的SiCp颗粒和快速凝固镁合金薄带置于由第一挤压桶(2)、凹模(3)和第二挤压桶(5 )顺序连接所形成的空腔中，并在第一挤压桶(2 )和第二挤压桶(5 )两外端伸入的第一挤压杆(I)和第二挤压杆(7)的作用下填充满上述空腔，对加热体(4)通电加热，使挤压过程在250°C 360°C的温度条件下进行，SiCp颗粒和快速凝固镁合金薄带在第一挤压杆(I)和第二挤压杆(7)分别往复运动的情况下，通过凹模(3)处的物料被挤压变细，进入挤压桶的部分又被压缩敦粗，如此往复挤压2 10道次。
10.根据权利要求1或9所述的制备方法，其特征在于，步骤5中往复挤压和普通正挤压的挤压 比均为10 25。
全文摘要
本发明公开了一种新型SiCP颗粒增强快速凝固镁合金复合材料的制备方法，包括如下步骤制备镁合金复合材料的基体合金材料常规凝固铸锭；制备快速凝固镁合金薄带；将制备的镁合金薄带切割成1mm左右一维片状；球磨SiCP和快速凝固镁合金薄带；将球磨后的快速凝固镁合金薄带和SiCP采用往复挤压和普通正挤压工艺挤压成一定直径的棒材或一定宽度和厚度的板材，也可通过后续的零件专用挤压模具连续挤压成型为零部件。避免了现有粉末冶金中粉末燃烧、爆炸和致密度问题及采用普通铸造方法中SiCP颗粒的团聚现象和烧损现象，所获得的SiC颗粒增强快速凝固镁合金复合材料具有高强度、高耐磨性等优点，扩大了镁合金的应用领域。
文档编号C22C23/00GK103114217SQ20131000426
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月7日 优先权日2013年1月7日
发明者徐春杰, 屠涛, 余玲, 田军, 代盼, 张金皛, 张忠明 申请人:西安理工大学