本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)浸滲制備碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂鋁基材料的方法。
背景技術(shù)：
：隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，金屬基復(fù)合材料的性能在眾多領(lǐng)域都有很好的研究和應(yīng)用。金屬鎂被稱為21世紀(jì)的綠色工程材料，在航空航天、電子工業(yè)、光學(xué)儀器制造、國防、汽車制造等領(lǐng)域都有一定的應(yīng)用，但是鎂合金在應(yīng)用過程中上存在強(qiáng)韌度不夠高，抗蠕變形性能差等缺點(diǎn)，因此具有剛高強(qiáng)韌性和抗蠕變性等優(yōu)點(diǎn)的納米顆粒增強(qiáng)鎂合金材料得到了重視。中國文獻(xiàn)(“納米sic顆粒增強(qiáng)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(hù)下，通過將鎂合金融化后加入納米sic顆粒，攪拌澆筑得到復(fù)合材料，該復(fù)合材料的力學(xué)性能和應(yīng)對得到提高，且組織得到細(xì)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(tài)工藝制備了納米sic顆粒增強(qiáng)am60鎂合金，參見中國文獻(xiàn)(“半固態(tài)工藝制備納米sic顆粒增強(qiáng)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(diào)整至高于液相線的澆筑溫度，再進(jìn)行澆筑得到復(fù)合材料，其中納米sic顆粒的含量小于1％，制備的復(fù)合材料的晶粒得到細(xì)化，機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)一步顯著提高，綜合性能優(yōu)。由上述現(xiàn)有技術(shù)可知，通過對納米sic顆粒增強(qiáng)鎂合金處理方式上的改變，可顯著提高復(fù)合材料的性能，但是其性能還不能完全滿足一些特殊領(lǐng)域的應(yīng)用，而且其中納米sic顆粒含量低，有必要進(jìn)一步提高納米sic顆粒增強(qiáng)鎂合金的綜合性能，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種旋轉(zhuǎn)浸滲制備碳化硅顆粒增強(qiáng)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(yù)制件，置于液態(tài)鋁鎂硅合金內(nèi)部，旋轉(zhuǎn)浸滲，取出固化后，再經(jīng)真空半固態(tài)熱壓處理，得到碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂鋁基材料。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種旋轉(zhuǎn)浸滲制備碳化硅顆粒增強(qiáng)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(yùn)用攪拌鑄造法制備復(fù)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(fù)合材料預(yù)制件；(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內(nèi)，在700-900℃下融化至液態(tài)，得到液態(tài)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(fù)合材料預(yù)制件完全浸入步驟(2)制備的液態(tài)鋁鎂硅合金內(nèi)部，將碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)制件在液態(tài)鋁鎂硅合金內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，以不引起液態(tài)鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，然后停止轉(zhuǎn)動，將復(fù)合材料預(yù)制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復(fù)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(fù)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(qū)間，施加外壓壓實(shí)，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂鋁基材料。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)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(shù)方案的優(yōu)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(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，攪拌鑄造法為將金屬鎂粉末與碳化硅經(jīng)球磨整理后，在550-650℃下加熱攪拌熔融。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為300-600r/min，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為30-90min。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，浸滲過程不需要惰性氣體保護(hù)。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)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(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(4)中，加熱的溫度為570-580℃。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(4)中，外壓的壓力為100-150mpa。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(4)中，碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂鋁基材料的孔隙率低于0.4％，抗拉強(qiáng)度高于200mpa。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)本發(fā)明制備的碳化硅顆粒增強(qiáng)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(yù)制件，預(yù)制件中碳化硅的含量較高，預(yù)制件材料的剛度大，可以在之后的半固態(tài)真空固化處理中保持一定的形狀不變，但是原子的擴(kuò)散能力提高，有利于各組分的混合均勻，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和穩(wěn)定性能。(2)本發(fā)明制備的碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂鋁基材料采用旋轉(zhuǎn)浸滲的方法將鋁鎂硅合金浸透入碳化硅鎂基預(yù)制件，利用外部機(jī)械力帶動預(yù)制件在液態(tài)鋁鎂硅合金內(nèi)快速旋轉(zhuǎn)，一方面防止固液界面形成氧化膜，另一方面促進(jìn)液態(tài)鋁鎂硅合金與預(yù)制件顆粒表面直接接觸，提高了界面浸潤性，而且旋轉(zhuǎn)過程對液態(tài)鋁鎂硅合金浸滲前沿形成附加正應(yīng)力，增加了熔體滲入預(yù)制件的驅(qū)動力，提高了滲透的效率，降低了滲透的溫度，降低了生產(chǎn)成本，此外，整個(gè)浸滲過程不需要真空或者惰性氣體保護(hù)，簡化了對設(shè)備的要求，更加有利于工廠化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)能耗，提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。(3)本發(fā)明制備的碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂鋁基材料經(jīng)旋轉(zhuǎn)浸滲后再進(jìn)行半固態(tài)真空加壓處理，促進(jìn)復(fù)合材料的組織更加致密，顆粒分布更加均勻，且無破碎，進(jìn)一步提高復(fù)合材料的質(zhì)量。(4)本發(fā)明制備工藝簡單，對設(shè)備的要求低，成型壓力小，生產(chǎn)效率高，成本低，有利于工廠大規(guī)模生產(chǎn)和處理，產(chǎn)品的成本低，有利于市場推廣。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。實(shí)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(jīng)球磨整理后，在550℃下加熱攪拌熔融得到復(fù)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(fù)合材料預(yù)制件。(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內(nèi)，在700℃下融化至液態(tài)，得到液態(tài)鋁鎂硅合金，保溫待用。(3)不需要惰性氣體保護(hù)，將一片碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)制件完全浸入液態(tài)鋁鎂硅合金內(nèi)部，將碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)制件在液態(tài)鋁鎂硅合金中以300r/min的速度內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，以不引起液態(tài)鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，旋轉(zhuǎn)30min，然后停止轉(zhuǎn)動，將復(fù)合材料預(yù)制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料。(4)將鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復(fù)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(qū)間，施加100mpa的外壓壓實(shí)，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂鋁基材料。實(shí)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(jīng)球磨整理后，在650℃下加熱攪拌熔融得到復(fù)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(fù)合材料預(yù)制件。(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內(nèi)，在900℃下融化至液態(tài)，得到液態(tài)鋁鎂硅合金，保溫待用。(3)不需要惰性氣體保護(hù)，將兩片碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)制件完全浸入液態(tài)鋁鎂硅合金內(nèi)部，將碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)制件在液態(tài)鋁鎂硅合金中以600r/min的速度內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，以不引起液態(tài)鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，旋轉(zhuǎn)90min，然后停止轉(zhuǎn)動，將復(fù)合材料預(yù)制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料。(4)將鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復(fù)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(qū)間，施加150mpa的外壓壓實(shí)，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂鋁基材料。實(shí)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(jīng)球磨整理后，在575℃下加熱攪拌熔融得到復(fù)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(fù)合材料預(yù)制件。(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內(nèi)，在750℃下融化至液態(tài)，得到液態(tài)鋁鎂硅合金，保溫待用。(3)不需要惰性氣體保護(hù)，將三片碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)制件完全浸入液態(tài)鋁鎂硅合金內(nèi)部，將碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)制件在液態(tài)鋁鎂硅合金中以450r/min的速度內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，以不引起液態(tài)鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，旋轉(zhuǎn)50min，然后停止轉(zhuǎn)動，將復(fù)合材料預(yù)制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料。(4)將鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復(fù)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(qū)間，施加115mpa的外壓壓實(shí)，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂鋁基材料。實(shí)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(jīng)球磨整理后，在600℃下加熱攪拌熔融得到復(fù)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(fù)合材料預(yù)制件。(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內(nèi)，在800℃下融化至液態(tài)，得到液態(tài)鋁鎂硅合金，保溫待用。(3)不需要惰性氣體保護(hù)，將一片碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)制件完全浸入液態(tài)鋁鎂硅合金內(nèi)部，將碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)制件在液態(tài)鋁鎂硅合金中以550r/min的速度內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，以不引起液態(tài)鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，旋轉(zhuǎn)60min，然后停止轉(zhuǎn)動，將復(fù)合材料預(yù)制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料。(4)將鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復(fù)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(qū)間，施加140mpa的外壓壓實(shí)，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂鋁基材料。實(shí)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(jīng)球磨整理后，在650℃下加熱攪拌熔融得到復(fù)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(fù)合材料預(yù)制件。(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內(nèi)，在700℃下融化至液態(tài)，得到液態(tài)鋁鎂硅合金，保溫待用。(3)不需要惰性氣體保護(hù)，將三片碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)制件完全浸入液態(tài)鋁鎂硅合金內(nèi)部，將碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)制件在液態(tài)鋁鎂硅合金中以600r/min的速度內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，以不引起液態(tài)鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，旋轉(zhuǎn)30min，然后停止轉(zhuǎn)動，將復(fù)合材料預(yù)制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料。(4)將鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復(fù)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(qū)間，施加100mpa的外壓壓實(shí)，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂鋁基材料。實(shí)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(jīng)球磨整理后，在600℃下加熱攪拌熔融得到復(fù)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(fù)合材料預(yù)制件。(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內(nèi)，在900℃下融化至液態(tài)，得到液態(tài)鋁鎂硅合金，保溫待用。(3)不需要惰性氣體保護(hù)，將一片碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)制件完全浸入液態(tài)鋁鎂硅合金內(nèi)部，將碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)制件在液態(tài)鋁鎂硅合金中以550r/min的速度內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，以不引起液態(tài)鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，旋轉(zhuǎn)65min，然后停止轉(zhuǎn)動，將復(fù)合材料預(yù)制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料。(4)將鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復(fù)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(qū)間，施加150mpa的外壓壓實(shí)，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強(qiáng)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(jīng)球磨整理后，在550℃下加熱攪拌熔融得到復(fù)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(fù)合材料預(yù)制件。(2)將鋁鎂硅合金置于坩堝內(nèi)，在700℃下融化至液態(tài)，得到液態(tài)鋁鎂硅合金，保溫待用。(3)不需要惰性氣體保護(hù)，將一片碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)制件完全浸入液態(tài)鋁鎂硅合金內(nèi)部，將碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)制件在液態(tài)鋁鎂硅合金中以300r/min的速度內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，以不引起液態(tài)鋁鎂硅合金劇烈翻騰為限，旋轉(zhuǎn)30min，然后停止轉(zhuǎn)動，將復(fù)合材料預(yù)制件取出清洗，得到鋁鎂硅合金包覆的碳化硅顆粒鎂基復(fù)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(jīng)球磨整理后，在550℃下加熱攪拌熔融得到復(fù)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(fù)合材料預(yù)制件。(2)將碳化硅顆粒鎂基復(fù)合材料預(yù)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(qū)間，施加100mpa的外壓壓實(shí)，冷卻凝固得到碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂基材料。經(jīng)檢測，實(shí)施例1-6以及對比例1-2制備的碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂鋁基材料的鋁含量、孔隙率和機(jī)械強(qiáng)度的結(jié)果如下所示：實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5實(shí)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(qiáng)度(gpa)230290240250250240200190由上表可見，本發(fā)明制備的碳化硅顆粒增強(qiáng)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(qiáng)度高。上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。當(dāng)前第1頁12