[发明专利]一种超细钒颗粒强化细晶镁基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种超细钒颗粒强化细晶镁基复合材料，由超细钒颗粒与镁基体粉末通过粉末冶金方法混合制成，超细钒颗粒占2～3wt％，镁基体占97～98wt％，其制备方法采用如下步骤：(1)高能球磨：按照组分配比将超细钒颗粒与镁基体在球磨罐中混合，然后进行高能球磨，得到纳米晶镁基复合材料粉末；(2)真空热压烧结：在真空条件下对步骤(1)所得粉末进行热压烧结，得到烧结件；(3)包套挤压：对步骤(2)所得烧结件进行包套挤压，得到镁基复合材料挤压棒材；(4)热处理：对步骤(3)所得挤压棒材进行热处理。本发明所提供的镁基复合材料，基体中镁晶粒细小，并均匀分布着亚微米钒颗粒，在常温及高温下，屈服强度、抗拉强度和塑性都得到了显著的增强。

技术领域

本发明涉及镁基复合材料技术领域，具体涉及一种超细钒颗粒强化细晶镁基复合材料及其制备方法。

背景技术

镁基复合材料具有密度低、比强度高、比模量大、耐磨性好、减震性能好及耐高温等诸多优点，被认为是轻量化时代最有潜力的高强度轻合金，其在航空航天、汽车工业和电子电器等领域应用广泛。但目前镁基复合材料存在强度和塑性较差的问题，尤其是在高温条件下，在一定程度上限制了其广泛应用。因此，研发轻质高性能镁基复合材料，对于充分发挥材料复合化的性能优势，满足应用领域的轻量化需求有着重要的科学意义和实用价值。但镁合金的强度及塑韧性等较低，限制了镁基复合材料的广泛应用。

目前，国内外通常采用陶瓷颗粒作为强化体来增强镁基复合材料的强度，如碳化硅、碳化钛、碳化硼、纳米金刚石、碳纳米管等，采用陶瓷颗粒增强镁基复合材料时，合金强度及塑性难以共同提高。如中国专利CN107761022A公开了一种混合相增强镁基复合材料及其制备方法，所制备得到的混合相增强镁基复合材料的拉伸强度得到显著改善，但塑性相对降低；另外，中国专利CN109439983A还提出了采用原生微/纳米级碳化钒和轻金属基非晶合金共同强化镁基复合材料，其拉伸、压缩强度均有显著提高，但这几种方法均存在陶瓷颗粒与镁基界面结合较差的问题，难以同时保证其强度及塑性。

因此，需要研究一种与镁基体结合力强的增强体来强化细晶镁基复合材料的强度及塑性。

发明内容

本发明的目的是提供一种超细钒颗粒强化镁基复合材料，并通过粉末冶金与高能球磨相结合的方法进行制备，以提高镁基复合材料常温及高温下的屈服强度和抗拉强度。

本发明具体采用如下技术方案：

一种超细钒颗粒强化细晶镁基复合材料，由超细钒颗粒与镁基体粉末通过粉末冶金方法混合制成，超细钒颗粒占2～3wt％，镁基体占97～98wt％。

进一步的，超细钒颗粒的粒度为35～45μm，纯度≥99.9％。

在上述技术方案中，本发明采用超细钒颗粒来强化细晶镁基复合材料，钒作为一种密度较低的金属，不仅具备熔点高、硬度大、弹性模量大、延展性良好等性能特点，而且钒既不会在镁基体中固溶，也不会与镁基体发生有害的界面反应，不会形成Mg-V金属间化合物。本发明采用钒金属颗粒作为增强体，其与镁基体之间的结合力强，可以同时提高镁基复合材料的强度及塑性。

本发明的另一目的是提供一种超细钒颗粒强化细晶镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)高能球磨：按照组分配比将超细钒颗粒与镁基体在球磨罐中混合，然后进行高能球磨，得到纳米晶镁基复合材料粉末；

(2)真空热压烧结：在真空条件下对步骤(1)所得粉末进行热压烧结，得到烧结件；

(3)包套挤压：对步骤(2)所得烧结件进行包套挤压，得到镁基复合材料挤压棒材。

进一步的，所述步骤(1)中球磨时间为80～100h，球磨转速为150～300r/min，球料比为50:1～70:1。

进一步的，所述步骤(1)中高能球磨后镁晶粒粒度为20～30nm。