[发明专利]一种原位制备含硼镁基复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种原位制备含硼镁基复合材料的方法；在镁及合金基体板材上制备沟槽作为复合材料制备区域；将待加工的镁及合金基体板材用夹具固定于搅拌摩擦加工设备平台上；将事先制备的含硼高能球磨粉末均匀填埋至基板的沟槽内并压实；采用无针搅拌头于填充粉末的沟槽处进行预加工，将粉末封装于沟槽中；使用与沟槽尺寸匹配的带针搅拌头对基体上的粉末填充区域进行多次搅拌摩擦加工，利用搅拌摩擦过程中产生的热量以及剧烈的材料流动，获得含硼镁基复合材料。本发明有机结合高能球磨以及搅拌摩擦加工技术的优势，原位制备了含硼镁基复合材料，有效获得纳米尺寸增强相的同时还降低了镁基材的晶粒尺寸，从而获得了综合性能较好的镁基复合材料。

技术领域

本发明属于镁基复合材料加工领域，尤其涉及一种原位制备含硼镁基复合材料的方法。

背景技术

镁及镁合金作为最轻的结构材料具有比强度、比刚度高，电磁屏蔽和抗辐射能力强等一系列优点，伴随着世界范围内日益严峻的能源和环境问题，镁及镁合金在轻量化领域具有广阔的应用前景。但是，镁合金较低的综合力学性能制约了它的广泛应用。金属基复合材料是以金属材料为基体，以晶须、纤维或颗粒为增强体复合而成的材料，可通过合理设计使得基体与增强体之间互相取长补短，发挥各自性能优势。镁基复合材料以其高的比强度、模量、硬度、尺寸稳定性，以及优良的耐磨、耐蚀、减振性能和高温性能，在航空以及运输业获得越来越广泛的关注。目前，镁基复合材料已成功运用到很多方面，如美国TEXT RON公司、Dow化学公司，利用SiCp/Mg复合材料已制造出螺旋桨、导弹尾翼、内部加强气缸等。

金属基复合材料的力学性能主要取决于增强相的尺寸、体积分数以及基体-增强相界面。常规的金属基复合材料制备包括在铸造过程中加入陶瓷颗粒或粉末冶金，以这些方式加入的颗粒尺寸将受限于原始颗粒尺寸，很难获得细小的增强相颗粒尺寸以及弥散的分布，因此很难通过Orowan强化机制提高性能。

搅拌摩擦焊加工是基于搅拌摩擦焊接原理发展起来的一种塑性加工技术。FSP过程中，搅拌区会经历剧烈的塑性变形和热暴露，从而形成晶粒细小、成分均一的再结晶组织。最近一些研究表明通过FSP可成功制备铝基复合材料，并达到降低初始颗粒尺寸，获得弥散增强相以及细小晶粒尺寸，从而达到提高材料综合力学性能的目的。而目前关于通过FSP向镁基体中加入颗粒增强体时，并不与镁基体发生原位反应，而仅通过FSP技术将其导入。另外，一些非金属颗粒由于与镁基体的润湿性较差，即使通过搅拌摩擦加工也较难与镁基体形成较强的界面结合，与基体的相容性较差。而如何将非金属元素成功导入至镁及合金基体中并形成有效增强相，仍然是有待解决的问题。

高能球磨是一种利用固态扩散反应制进行金属基复合材料制备的加工技术。该工艺通过将不同粉末在高能球磨机中球磨，粉末经磨球的碰撞、挤压、重复地发生变形、断裂、焊合、原子间相互扩散或进行固态反应而形成合金粉末。剧烈塑性变形在初始粉末中引入大量的晶体缺陷，从而提高了扩散速率；有研究还表明，高能球磨能够显著降低固态反应的激活能，降低反应开始的温度。通过高能球磨技术能够将非金属元素或粉末与金属材料混合，新形成的高能球磨粉末还具有较高的活性。不过，高能球磨法所制备的材料均为粉体材料，必须经过后续工艺如热压以及高温挤压才能获得块体材料以及进一步反应，步骤较为繁琐。

发明内容

本发明的目的在于客服上述现有技术存在的不足，提供一种有机结合高能球磨以及搅拌摩擦加工技术的优势的原位制备含硼镁基复合材料的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种原位制备含硼镁基复合材料的方法，所述方法包括如下步骤：

S1、混合Mg-RE合金碎屑与氮化硼粉末，通过高能球磨加工制备得到含硼高能球磨镁合金粉末；

S2、在镁或镁合金基板上切割出沟槽作为复合材料制备区域；

S3、将待加工的镁或镁合金基板固定于搅拌摩擦加工设备平台上，将所述含硼高能球磨镁合金粉末均匀填埋至所述沟槽内并压实；