轻质纳米晶钛基纤维增强镁合金块体复合材料及其制备方法.pdf

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1、10申请公布号CN101942625A43申请公布日20110112CN101942625ACN101942625A21申请号201010220236822申请日20100706C22C49/04200601C22C49/14200601C22C47/08200601B22D11/06200601C22C111/0220060171申请人南京信息工程大学地址210044江苏省南京市浦口区宁六路219号72发明人赵浩峰何美琴王玲74专利代理机构南京汇盛专利商标事务所普通合伙32238代理人张立荣54发明名称轻质纳米晶钛基纤维增强镁合金块体复合材料及其制备方法57摘要本发明提供一种轻质纳米晶钛基纤。

2、维增强镁合金块体复合材料及其制备方法，该复合材料的性能优越，强度高。其制备工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该复合材料以镁合金为基体，在基体上分布着纳米晶钛基纤维，纳米晶钛基纤维占复合材料的体积百分数为4060，该镁合金基体的化学成分的重量百分含量AL为59，PB为0109，SM为0003009，其余为MG；纳米晶钛基纤维的化学成分的重量百分含量AL为2530，CU为510，SR为15，SN为005009，SM为0003009，DY为0515，ND为052，其余为TI。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图1页CN101942631A1/。

3、1页21一种轻质纳米晶钛基纤维增强镁合金块体复合材料，该复合材料以镁合金为基体，在基体上分布着纳米晶钛基纤维，纳米晶钛基纤维占复合材料的体积百分数为4060；该镁合金基体化学成分的重量百分含量为AL为59，PB为0109，SM为0003009，其余为MG；纳米晶钛基纤维化学成分的重量百分含量为AL为2530，CU为510，SR为15，SN为005009，SM为0003009，DY为0515，ND为052，其余为TI。2一种轻质纳米晶钛基纤维增强镁合金块体复合材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤纳米晶钛基纤维的准备将占原料总重AL为2530，CU为510，SR为15，SN为005009，SM。

4、为0003009，DY为0515，ND为052，其余为TI的原料置于带有加热装置的升液管内熔化而形成钛合金液；熔化温度17801800，合金液通过升液管与旋转的水冷铜合金转轮凸缘接触，水冷铜合金转轮转轮凸缘将合金液拽出，形成钛基合金材料纤维，转轮凸缘的线速度为1721M/S；该钛基合金材料纤维的直径为1045M；转轮开转前开启转轮水冷系统，水冷系统进水温度小于30；镁合金基体的准备将重量百分含量为AL为59，PB为0109，SM为0003009，其余为MG的原料在680720温度下熔化成镁合金液；将上述钛基合金材料纤维成束放置于有加热装置的底部通真空系统的钢制模具的空腔中形成钛基纤维预制体，钛。

5、基合金材料纤维体积占金属模具空腔体积的4060，开启加热装置控制钢制模具内温度为450550；再将上述镁合金液体浇入钢制模具空腔内钛基合金材料纤维的上面并注满模具，浇入同时开启模具底部的真空系统，控制相对真空度为20KPA的压力，镁合金液在真空系统的压力作用下渗入钛基纤维预制体，在真空系统内冷却凝固而形成纳米晶钛基纤维增强镁合金块体复合材料。权利要求书CN101942625ACN101942631A1/4页3轻质纳米晶钛基纤维增强镁合金块体复合材料及其制备方法一、技术领域0001本发明属于金属材料领域，涉及一种纳米晶钛基纤维增强镁合金块体复合材料及其制备方法。二、技术背景0002目前金属材料领。

6、域中，对纤维及其对镁的作用受到了重视。0003陶国林在重庆工商大学学报2005第22卷第5期研究了石墨碳纤维增强镁基复合材料。2008100358232提出二氧化钛碳涂层碳纤维增强镁基复合材料。但是石墨碳纤维和镁存在界面反应，生成大量反应产物，形成聚集的脆性相和界面反应产物脆性层，造成纤维等增强体严重损伤，材料的性能急剧下降。如果要解决界面反应问题，可采取碳纤维涂层方式，但工艺复杂，成本高。0004严彪在上海钢研杂志2004年第3期讨论了ALTI纤维增强镁基复合材料。选用平均粒径100M的镁合金粉末，采用粉末冶金技术制备镁合金和ALTI纤维，体积含量为10的增强镁合金试样。基体镁合金的具体成分。

7、WT为MG16AI5ZN5CU3RE15MN11SI05TI。在镁合金粉末中加人通过快速凝固制成的AITI纤维，纤维中AL和TI的含量分别为62WT和38WT，纤维长度平均15MM，截面接近四边形，边长0204MM。将镁合金粉末与ALTI纤维混合均匀，冷压成型后进行粉末烧结。烧结工艺为先将压坯加热到150，保温05小时，并对其加压，然后升温至450500，加压并保温15小时。整个实验在氢气保护下进行。该技术采用金属纤维，即使出现界面反应，也不会严重损伤纤维等增强体。但是所用ALTI纤维熔点低，在烧结过程中纤维容易熔入镁合金基体，起不到纤维增强的作用。0005晏建武等采用较高熔点的钛纤维，在稀有。

8、金属杂志1996年第3期发表了钛纤维增强钛合金复合材料的研究，采用真空热压工艺制备钛纤维增强钛合金复合材料。但是，该技术采用钛纤维增强钛合金，复合材料的重量较大，不能满足比强度更高的要求。三、发明内容0006本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种轻质纳米晶钛基纤维增强镁合金块体复合材料，该复合材料的性能优越，强度高。0007本发明的另一目的是提供上述轻质纳米晶钛基纤维增强镁合金块体复合材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。0008本发明的目的是通过以下技术方案实现的0009一种轻质纳米晶钛基纤维增强镁合金块体复合材料，该复合材料以镁合金为基体，在基体上分布着纳米晶。

9、钛基纤维，纳米晶钛基纤维占复合材料的体积百分数为4060；0010该镁合金基体化学成分的重量百分含量为AL为59，PB为0109，说明书CN101942625ACN101942631A2/4页4SM为0003009，其余为MG；0011纳米晶钛基纤维化学成分的重量百分含量为AL为2530，CU为510，SR为15，SN为005009，SM为0003009，DY为0515，ND为052，其余为TI。0012本发明轻质纳米晶钛基纤维增强镁合金块体复合材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤0013纳米晶钛基纤维的准备将占原料总重AL为2530，CU为510，SR为15，SN为005009，SM为0。

10、003009，DY为0515，ND为052，其余为TI的原料置于带有加热装置的升液管内熔化而形成钛合金液；熔化温度17801800，合金液通过升液管与旋转的水冷铜合金转轮凸缘接触，水冷铜合金转轮转轮凸缘将合金液拽出，形成钛基合金材料纤维，转轮凸缘的线速度为1721M/S；该钛基合金材料纤维的直径为1045M；转轮开转前开启转轮水冷系统，水冷系统进水温度小于30；0014镁合金基体的准备将重量百分含量为AL为59，PB为0109，SM为0003009，其余为MG的原料在680720温度下熔化成镁合金液；0015将上述钛基合金材料纤维成束放置于有加热装置的底部通真空系统的钢制模具的空腔中形成钛基纤。

11、维预制体，钛基合金材料纤维体积占金属模具空腔体积的4060，开启加热装置控制钢制模具内温度为450550；0016再将上述镁合金液体浇入钢制模具空腔内钛基合金材料纤维的上面并注满模具，浇入同时开启模具底部的真空系统，控制相对真空度为20KPA的压力，镁合金液在真空系统的压力作用下渗入钛基纤维预制体，在真空系统内冷却凝固而形成纳米晶钛基纤维增强镁合金块体复合材料。0017本发明相比现有技术的有益效果如下0018本发明的纳米晶钛基纤维中的AL、CU、SR、SN、SM元素共同作用可保证钛合金液与旋转的钼合金转轮接触时，能形成非晶组织；AL、SN、SR、ND元素共同作用可保证在复合材料渗入成型时促进钛。

12、合金从非晶向纳米晶转变；CU、DY、SM元素共同作用可抑止钛合金中纳米晶的长大。0019镁合金中AL、PB、SM元素能促进镁合金和纳米晶钛基纤维良好的界面结合。0020本发明的合金性能见表1。0021合金制备工艺简便，生产的合金材料性能好，而且生产成本低，非常便于工业化生产。四、附图说明0022图1为本发明实施例一制得的轻质纳米晶钛基纤维增强镁合金块体复合材料的金相组织。由图1可以看到在镁合金基体上分布有细小的纳米晶钛基纤维。五、具体实施方式0023以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量G、KG或其它重量单位。说明书CN101942625ACN101942631A3。

13、/4页50024实施例一0025纳米晶钛基纤维0026按重量百分含量AL为25，CU为5，SR为1，SN为005，SM为0003，DY为05，ND为05，余量为TI进行配料，将原料置于加热容器内，于17801800熔化成钛合金液；加热容器中设置升液管，升液管上部设有旋转的钼合金转轮；在115ATM气压作用下合金液通过升液管和旋转的钼合金转轮边缘接触，转轮边缘的线速度为1722M/S，钼合金转轮边缘将合金液抽出，形成钛基合金材料纤维，钛基合金材料纤维的直径为1045M；0027镁合金基体的准备0028按重量百分含量AL为5，PB为01，SM为0003，余量为MG进行配料，将原料在680720温度。

14、下熔化成镁合金液；0029将上述钛基合金材料纤维成束放置于有加热装置的底部通真空系统的钢制模具的空腔中形成钛基纤维预制体，钛基合金材料纤维体积占金属模具空腔体积的50由此可控制纳米晶钛基纤维占复合材料的体积百分数为4060；0030开启加热装置控制钢制模具内温度为450550；再将上述镁合金液体浇入钢制模具空腔内钛基合金材料纤维的上面并注满模具，浇入同时开启模具底部的真空系统，控制相对真空度为20KPA的压力，镁合金液在真空系统的压力作用下渗入钛基纤维预制体，镁合金液浇入后可以关闭加热装置，在真空系统开启状态下冷却凝固而形成纳米晶钛基纤维增强镁合金块体复合材料。0031实施例二0032镁合金基。

15、体的的准备0033按重量百分含量AL为9，PB为09，SM为009，其余为MG进行配料。0034纳米晶钛基纤维的制备0035按重量百分含量AL为30，CU为10，SR为5，SN为009，SM为009，DY为15，ND为2，其余为TI进行配料。0036控制纳米晶钛基纤维占复合材料的体积百分数为40。0037其各制备过程同实施例一。0038实施例三0039镁合金基体的准备0040按重量百分含量AL为7，PB为06，SM为0006，其余为MG进行配料；0041纳米晶钛基纤维的制备0042按重量百分含量AL为27，CU为8，SR为3，SN为006，SM为0004，DY为08，ND为09，其余为TI进行。

16、配料。0043控制纳米晶钛基纤维占复合材料的体积百分数为60。0044其各制备过程同实施例一。0045实施例四原料各成份配比不在本发明配比范围内的实例0046镁合金基体的准备0047按重量百分含量AL为4，PB为005，SM为0002，其余为MG进行配料；0048纳米晶钛基纤维的制备说明书CN101942625ACN101942631A4/4页60049按重量百分含量AL为24，CU为4，SR为05，SN为004，SM为0002，DY为04，ND为04，其余为TI进行配料；0050控制纳米晶钛基纤维占复合材料的体积百分数为50。0051其各制备过程同实施例一。0052实施例五原料各成份配比不在。

17、本发明配比范围内的实例0053镁合金基体的准备0054按重量百分含量AL为10，PB为1，SM为01，其余为MG进行配料；0055纳米晶钛基纤维的制备0056按重量百分含量AL为31，CU为11，SR为6，SN为009，SM为01，DY为16，ND为21，其余为TI进行配料；0057控制纳米晶钛基纤维占复合材料的体积百分数为50。0058其各制备过程同实施例一。0059下表为不同成份与配比的合金性能对照表0060表100610062由上表可见，镁合金中AL、PB、SM和纳米晶钛基纤维的AL、CU、SR、SN、SM、DY、ND含量在本申请范围内，复合材料具有良好的性能，如实施例一、实施例二和实施例三。纳米晶钛基纤维的这些元素超出本申请配比范围，脆性化合物数量多，形成网状，会明显降低钛基纤维力学性能。镁合金中AL、PB、SM超出本申请配比范围，镁合金难以与纳米晶钛基纤维进行良好的界面结合，因此会导致复合材料性能下降，如实施例四和实施例五。说明书CN101942625ACN101942631A1/1页7图1说明书附图CN101942625A。