原位制备TiC颗粒增强镁基复合材料的方法

摘要

本发明公开一种复合材料技术领域的原位制备TiC颗粒增强镁基复合材料的方法，步骤为：将Al粉、Ti粉和C粉配制混合，Al粉含量为粉末总量的0wt%-50wt%，Ti和C的原子比在0.8-1.2之间；将配制混合好的粉末进行球磨；把经过球磨后的粉末压制成预制块；将压制得到的预制块和镁合金锭放入真空加热装置中，反应室内抽真空后通入惰性气体，加热并保温；将反应得到的熔体进行搅拌，搅拌后静置，浇注成型。本发明工艺相对简单，成本低。制备的原位TiC颗粒增强镁基复合材料，增强相颗粒细小，分布均匀，与基体界面结合良好，具有轻质、高强、高模量等特点。

权利要求

1、一种原位制备TiC颗粒增强镁基复合材料的方法，其特征在于，包括以 下步骤：第一步，将Al粉、Ti粉和C粉配制混合，Al粉含量为粉末总量的0wt％-50wt ％，Ti和C的原子比在0.8-1.2之间；

所述Al粉，其粒度范围在1μm-100μm之间；

所述Ti粉，其粒度范围在25μm-75μm之间；

所述C粉，其粒度范围在1μm-85μm之间；

第二步，将配制混合好的粉末进行球磨；

所述的球磨，其转速为100r/min-500r/min，时间为0.5小时-12小时， 球料比为1∶1-50∶1；

第三步，把经过球磨后的粉末压制成预制块；

所述的预制块，其紧实率为理论密度的70％-95％；

第四步，将压制得到的预制块和镁合金锭放入真空加热装置中，反应室内 抽真空后通入惰性气体，加热至750℃-900℃并保温；

所述的保温，其时间为0.5小时-2小时；

第五步，将反应得到的熔体进行搅拌，搅拌后静置，浇注成型；

所述的搅拌，其温度为650℃-750℃，搅拌时间为10分钟-60分钟，速度 为200r/min-1000r/min。

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料技术领域的制备方法，特别是一种原位制备TiC 颗粒增强镁基复合材料的方法。

背景技术

镁基复合材料密度小，具有高的比强度和比刚度以及优良的力学和物理性 能，在新兴高新技术领域中比传统金属材料和铝基复合材料的应用潜力更大， 因此，自20世纪80年代末，镁基复合材料已成为金属基复合材料领域的研究热 点之一。过去对该材料的大量研究工作主要针对国防和航天应用的需要，随着 新型制造工艺的研究发展，镁基复合材料在汽车、核工业、运动娱乐以及其他 先进的工程方面得到了更广泛的应用。
镁基复合材料的性能、应用、制造成本等在很大程度上取决于其制造工艺 和方法。研究有效的制备方法一直是镁基复合材料研究中最重要的问题之一。 在镁基复合材料上应用比较多的制备方法有粉末冶金法，喷射沉积法，挤压铸 造法，无压浸渗法和搅拌铸造法等。
经对现有技术的文献检索发现，围绕镁基复合材料的制备方法有不少文献 报道，如中国专利申请号01128168.5，名称为：“颗粒增强镁基复合材料的制 备方法”。该专利的技术特点在于将预制块经过在真空或者惰性气体保护下高 温长时间预处理后，加入镁熔体中进行搅拌浇注，得到原位颗粒增强镁基复合 材料。但是预制块直接加入镁熔体中反应剧烈，镁在高温下容易燃烧氧化引入 杂质，所以上述原位颗粒增强镁基复合材料工艺不易控制，存在一定的局限。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种原位制备TiC颗粒增强镁基 复合材料的方法，使其省去了增强相高温长时间预处理，单独加入等程序，从 而具有工艺简单、制备成本低等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤：
第一步，将Al粉、Ti粉和C粉配制混合，Al粉含量为粉末总量的0wt％-50wt ％，Ti和C的原子比在0.8-1.2之间。
所述Al粉，其粒度范围在1μm-100μm之间。
所述Ti粉，其粒度范围在25μm-75μm之间。
所述C粉，其粒度范围在1μm-85μm之间。
第二步，将混合配制好的粉末进行球磨。
所述球磨，其转速为100r/min-500r/min，时间为0.5小时-12小时。
所述球磨，其球料比为1∶1-50∶1。
第三步，把经过球磨后的粉末压制成预制块。
所述预制块，其紧实率为理论密度的70％-95％。
第四步，将压制得到的预制块和镁合金锭放入真空加热装置中，反应室内 抽真空后通入惰性气体，加热，保温。
所述加热，其温度为750℃-900℃。
所述保温，其时间为0.5小时-2小时。
第五步，将反应得到的熔体进行搅拌，搅拌后，静置，浇注成型。
所述搅拌，其温度为650℃-750℃，搅拌时间为10分钟-60分钟。
所述搅拌，其速度为200r/min-1000r/min。
与目前已有的技术相比，本发明以镁合金和Al、Ti和C粉末为原材料，采 用原位反应法形成TiC陶瓷颗粒并结合搅拌铸造法的制备方法。由于TiC陶瓷 颗粒是通过原位反应在镁合金基体内自发生成的，克服了外加增强颗粒表面易 氧化污染，与基体的润湿性差，颗粒粗大，分布不均匀，易偏聚在晶界等问题。 因而制备的原位颗粒增强镁基复合材料具有增强相与基体的界面润湿性好，增 强相的颗粒尺寸可控，增强相分布均匀和增强效果显著等特点，工艺简单，易 于控制，制备成本低。镁合金内部自生成的TiC陶瓷相弹性模量为450GPa，远 高于镁铝合金基体的弹性模量45Gpa。原位制备TiC颗粒增强镁基复合材料能有 效提高基体合金的弹性模量和抗拉强度，从而可制备出物理和机械性能优越的 镁基复合材料。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提 下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围 不限于下述的实施例。
实施例一
采用Al粉(100μm)、Ti粉(75μm)和C粉(85μm)作为预制块原料，Al 粉含量为粉末总量的50wt％，余量为：Ti粉和C粉。Ti和C的原子比为1.2。 将上述的粉末以转速500r/min，球料比50∶1，球磨12小时。把球磨后的粉 末压制成预制块，预制块紧实率为理论密度的95％。压制得到的预制块和纯镁 放在真空加热装置中，反应室内抽真空后通入惰性气体，加热至750℃，保温1 个小时。然后把得到的熔体在750℃进行搅拌，搅拌速度为500r/min。搅拌 30分钟后，静置浇注。制备得到质量百分数为15％的TiC增强镁基复合材料。 材料的抗拉强度大于300MPa。
实施例二
采用Ti粉(25μm)和C粉(1μm)作为预制块原料。Ti和C的原子比为1。 将上述的粉末以转速100r/min，球料比1∶1，球磨0.5小时。把球磨后的粉 末压制成预制块，预制块紧实率为理论密度的85％。压制得到的预制块和AZ91 镁合金放在真空加热装置中，反应室内抽真空后通入惰性气体，加热至900℃， 保温2个小时。然后把得到的熔体在650℃进行搅拌，搅拌速度为1000r/min。 搅拌10分钟后，静置浇注。制备得到8wt％的TiC增强AZ91镁基复合材料。材 料的抗拉强度为313MPa。
实施例三
采用Al粉(1μm)、Ti粉(50μm)和C粉(10μm)作为预制块原料，Al粉 含量为粉末总量的35wt％，余量为：Ti粉和C粉。Ti和C的原子比为0.8。将 上述的粉末以转速300r/min，球料比10∶1，球磨5小时。把球磨后的粉末压 制成预制块，预制块紧实率为理论密度的70％。压制得到的预制块和ZM5镁合 金放在真空加热装置中，反应室内抽真空后通入惰性气体，加热至800℃，保温 0.5个小时。然后把得到的熔体在700℃进行搅拌，搅拌速度为200r/min。搅 拌60分钟后，静置浇注。制备得到质量百分数为5％的TiC增强ZM5镁基复合 材料。材料的抗拉强度大于280MPa。
实施例四
采用Al粉(10μm)、Ti粉(25μm)和C粉(1μm)作为预制块原料，Al粉 含量为粉末总量的40wt％，余量为：Ti粉和C粉。Ti和C的原子比为1.1。将 上述的粉末以转速200r/min，球料比5∶1，球磨1小时。把球磨后的粉末压 制成预制块，预制块紧实率为理论密度的80％。压制得到的预制块和AM60镁合 金放在真空加热装置中，反应室内抽真空后通入惰性气体，加热至750℃，保温 1个小时。然后把得到的熔体在750℃进行搅拌，搅拌速度为300r/min。搅拌 40分钟后，静置浇注。制备得到质量百分数为7％的TiC增强ZM5镁基复合材 料。材料的抗拉强度大于290MPa。