[发明专利]一种金属间化合物超细颗粒增强金属基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料及其制备技术领域，涉及一种金属间化合物颗粒增强金属基复合材 料的制备方法，尤其涉及一种经复合球磨表面改性的金属间化合物超细颗粒增强的金属基复 合材料。

背景技术

镁锂基合金因具有超低的密度（1.30g/cm³~1.60g/cm³）、较高的比强度和比刚度、 优良的减震性能以及抗高能粒子的穿透能力，作为无毒金属材料中最轻的结构金属材料，在 航空航天、交通运输等领域有着广阔的应用前景。在二元镁锂合金中，随着含Li量的增加， 合金组织发生α(hcp)→α+β→β(bcc)转变(如图1所示)，合金的塑性变形能力得到显著提高， 其延伸率可达到40%以上，但由于合金强度偏低，抗蠕变性能较差，限制了镁锂基合金应用 范围。

复合强化则为进一步提高镁锂基合金的力学性能提供了有效途径。与镁锂基合金相比， 复合材料不仅保留了基体合金的导电、导热及优良的冷、热加工性能，而且集低密度、高比 刚度、高比强度、良好的耐磨性、耐高温性能、减震性能以及良好的阻尼性能和电磁屏蔽性 能于一身，成为材料研究的热点之一。如同其它复合材料，镁锂基复合材料的增强方式也主 要有纤维增强、颗粒增强和晶须增强三种方式，增强体成分主要有SiC、B₄C、Al₂O₃、TiC、 B等。这些增强体既可以采用以颗粒、纤维或晶须形式单独加入强化，也可以采用混合形式 （例如SiC颗粒/Al₂O₃晶须混合）加入强化，并不同程度地提高了镁锂基合金的力学性能。 但陶瓷材料复合强化也带来了材料的塑性和韧性严重损伤的问题。从研究结果来看，镁锂基 合金与陶瓷增强材料具有良好的润湿性和化学相容性能可形成较为理想的复合相界面，所以， 材料的塑性及韧性的大幅度下降与陶瓷增强相的脆性密切相关。因此，选取既具有增强作用 又具备一定的微应变协调作用的材料作为镁锂基复合材料增强材料，对改善材料的综合性能 有着重要的意义。

金属间化合物因具有金属的特性，如表现出金属光泽、金属导电性及导热性等，因而选 择金属间化合物颗粒作为镁锂基复合材料的增强相，更容易获取与镁锂基体具有良好的润湿 性、化学相容性等适配的界面。而金属间化合物所具有的较高比强度和比刚度，以及介于合 金和陶瓷之间的高使用温度，使其成为合金有效的增强相。另外，与陶瓷颗粒相比，金属间 化合物具有相对塑性，因而其在提高基体合金强度的同时，对合金基体的塑性损伤小于采用 陶瓷增强相造成的损伤。以上所述为形成金属间化合物颗粒增强镁锂基复合材料具有良好的 综合性能提供了基础。

申请号为200910082581.7的专利文献中提出了一种含稀土元素金属间化合物超细颗 粒增强金属基复合材料，该复合材料采用0.1~3μm的金属间化合物颗粒强化镁锂合金，其 塑性得到较好的保持，其强度提高值在20％~40％。虽然在一定程度上提高了材料的综合力 学性能，由于颗粒尺寸较小，增强体较易发生团聚，同时界面结合依然不能满足对强度的需 求，距离超轻、高强的目标还有一定的差距，镁锂基复合材料的综合力学性能还有待于进一 步提高。

发明内容

本发明提供了一种金属间化合物超细颗粒增强金属基复合材料及其制备方法，所述的制 备方法包括复合球磨、粉末预压和熔炼的步骤，解决了纳米颗粒增强金属基复合材料在制备 过程中产生的团聚问题，有利于复合材料力学性能的提高和保持稳定。

所述的制备方法中将增强体颗粒和金属添加物进行复合球磨，实现增强体颗粒的表面改 性；将复合球磨后得到的复合粉末进行预压块处理，形成复合粉末预压块。然后以增强体颗 粒质量分数为金属基复合材料的1%~30%为参数，通过复合粉末预压块的方式在基体合金熔 液中引入表面改性后的金属间化合物颗粒增强体，在机械搅拌和超声搅拌辅助下熔炼，制备 得到金属间化合物超细颗粒增强的金属基复合材料。

本发明提供的金属间化合物超细颗粒增强金属基复合材料的制备方法，以金属间化合物 超细颗粒为增强体，选取增强体的颗粒粒径为0.01μm~5μm，质量分数为1%～30%，优选 地，增强体颗粒的平均粒径为0.01~0.5μm，质量分数为1％~20％。具体制备方法步骤如 下：

第一步，将增强体颗粒和金属添加物混合，作为混合粉末，将混合粉末在行星球磨机上 进行复合球磨形成复合粉末。