[发明专利]一种含SiC颗粒的高模量稀土镁基复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域。进一步地，本发明涉及一种含SiC颗粒的高模量稀土镁基复合材料。

背景技术

为达到减重增效的目的，汽车制造业对高性能轻质材料的需求量迅速增长，镁基合金做为可工业化生产的最轻金属结构材料，受到了特别的重视。

作为结构材料，要求具备较好的力学性能，而弹性模量作为一项评价材料可抗弹性变形能力的重要参量，多用于评价材料的力学性能。

从上世纪四十年代以来，国内外相继开发了一系列具备优异性能的镁基合金，其中，稀土镁基合金因其较好的力学性能发展成为目前商业化最成功的镁基合金材料。即便如此，目前的稀土镁基合金，其在室温条件下的弹性模量仍然较低，仅为40～45GPa，不能完全满足工程领域的需求。

复合材料作为一种可以替代传统材料的选择，在很多领域发挥着重大的作用。复合材料中的不同材料在性能上可以取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于其组成材料而满足不同需求。

因此，研发一种稀土镁基复合材料，将是解决上述问题的优选。不仅可以解决弹性模量较低的问题，同时，也可以解决因单纯提高弹性模量而造成的抗拉强度、延伸率降低的困扰。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术问题而完成。其目的在于提供一种稀土镁基复合材料，该稀土镁基复合材料在室温条件下弹性模量得到显著提高，可达50～70GPa，且抗拉强度、延伸率优异，易加工制造，满足轻质材料和(或)零部件制造的需求。

本发明提供一种稀土镁基复合材料，包括下述组分按重量百分比的组分：

所述重稀土的重量百分含量优选为2.0-15.0％，更优选为5.0-15.0％，最优选为10.0-15.0％。

所述钇和/或钕的重量百分含量优选为4.0-10.0％，更优选为6.0-10.0％，最优选为9.0-10.0％。钇和钕可以分别添加，优选二者均添加，添加比例优选为6.9:3.0至9.0:1.0。

所述SiC的重量百分含量优选为4.0-15.0％，更优选为5.0-15.0％，最优选为10.0-15.0％。

锡、锑和锌中的至少一种的重量百分含量优选为0.1-5.0％，更优选为1.0-5.0％，最优选为3.0-5.0％。

所述SiC为SiC颗粒，优选为微米级尺寸的β-SiCp；SiC颗粒的粒径为粒径为1.0-20μm。

其中，所述重稀土选自钆(Gd)、镝(Dy)、铽(Tb)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)和镥(Lu)中的至少一种。其中，当重稀土选自钆(Gd)、镝(Dy)、铥(Tm)、镱(Yb)和镥(Lu)中的至少一种使效果更优，最好选自(Gd)和镝(Dy)中的一种。

另外，进一步地，本发明中加入活性元素X，是为了细化晶粒，改善晶界结构，提高该镁基复合材料的塑性。本发明的高强高模量稀土镁基复合材料，还包含有占高强高模量稀土镁基复合材料总重量百分含量为小于等于2wt％的活性元素X，其中，所述活性元素X包括铝(Al)、钛(Ti)、银(Ag)、锆(Zr)、钙(Ca)、钪(Sc)、镧(La)、铈(Ce)、铕(Eu)、镨(Pr)、钷(Pm)、钐(Sm)中的任意一种。所述活性元素X的重量百分含量优选为0.1-2.0％，更优选为1.0-2.0％。

优选的，本发明的高强高模量稀土镁基复合材料由下述重量百分含量的组分组成：

此外，本发明提供了一种易于工业化生产的稀土镁基复合材料的制备方法，其中，所述制备方法包括：

1)在纯镁锭上打孔，孔的直径为2.0-2.5cm；对SiC颗粒进行表面改性处理，烘干后将其装入孔内得到装有SiC颗粒的纯镁锭；

2)熔铸：将步骤1)得到的装有SiC颗粒的纯镁锭放入铁坩埚中在Ar气保护气氛下加热至730-750℃，待纯镁锭熔化后，对熔体进行搅拌后，迅速升温至770-780℃，然后，加入纯锌和其余组分的中间合金并搅拌，精炼扒渣，浇铸，得到铸锭；

上述步骤2)中，控制所有中间合金完全熔化及精炼扒渣至浇铸时间小于等于4分钟。

上述方法中，按设计的高模量镁基复合材料组分配比分别取各组分，按照上述组分含量分别取各个组分，如果组分中含有锌，Zn以纯锌的方式加入纯镁熔体内。Mg用纯镁的方式加入，SiC颗粒用微米级尺寸(粒径为1.0-20μm)的β-SiCp加入，其余组分以镁基中间合金的形式加入。