CN110479959A - 一种消失模铸造制备镁基复合材料的方法 - Google Patents

一种消失模铸造制备镁基复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

一种消失模铸造制备镁基复合材料的方法属于金属基复合材料制造技术；所述方法通过高熵合金颗粒在镁合金屑中预分散混合料制备、预分散混合料与镁合金锭通过混合、熔炼、旋转搅拌、旋转喷吹、垂直方向机械振动进行熔体制备和消失模铸造得到消失模铸造制备的镁基复合材料，所述材料的维氏硬度和抗压强度提高，摩擦系数降低，具有方法科学合理、材料性能好的特点。

Description

一种消失模铸造制备镁基复合材料的方法
技术领域
本发明属于金属基复合材料制备技术，主要涉及一种消失模铸造制备镁基复合材料的方法。
背景技术
镁合金是生产应用中密度最小的结构材料，它具有比强度高、阻尼减震性能好、良好的铸造性和可再生利用等优点，正越来越广泛的应用在汽车、电子产品和航空航天等领域。但镁合金室温强度和塑性较低，在很大程度上限制了镁合金的应用。镁合金内部添加颗粒增强相，如陶瓷颗粒SiC具有较高的熔点和硬度，可以提高镁合金的耐磨性和硬度，目前得到广泛应用。然而陶瓷颗粒脆性大，与镁基体界面结合不好，选择金属颗粒如高熵合金颗粒，可以提高颗粒与基体的润湿性，由于金属与金属之间天然的相容性，金属颗粒与基体的界面结合好于陶瓷颗粒。因此，制备高熵合金颗粒增强镁基复合材料可以提高镁合金的性能，提高镁合金应用范围和应用潜力。消失模铸造技术是一种无污染低成本、环境友好的精密金属铸造工艺，铸件设计灵活多样，无需考虑起模，适合生产形状复杂的铝、镁合金零件成型。消失模铸造与挤压铸造等工艺相比，具有投资少、成本低、工艺简单等优势。但是，消失模铸造在浇注过程中极易产生夹渣、气孔和冷隔等铸造缺陷，产品质量不高。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，结合制备镁基复合材料的实际需要，研究一种消失模铸造制备镁基复合材料的方法，达到大幅度提高镁基复合材料的抗压强度和维氏硬度、降低摩擦系数的目的。
本发明的目的是这样实现的：消失模铸造制备镁基复合材料的方法步骤是：
①、高熵合金颗粒在镁合金屑中预分散混合料制备：将重量比1∶1～2的高熵合金颗粒和尺寸0.1～2mm的镁合金屑置于电磁搅拌器烧杯中，在常温条件下，以50-500r/min转速下电磁搅拌1-5h后，再在50-150℃温度内烘干1-5h，制备成预分散混合料；
②、熔体制备：将步骤①中制备的预分散混合料按重量比各占50％的分成两份，其中，50％的预分散混合料与镁合金锭一并放入电阻炉中，在炉温680-750℃和保护气体保护下进行熔炼，在镁合金锭熔化，预分散混合料进入镁合金熔体内部后，将剩余50％的预分散混合料采用边添加边周旋转搅拌方式加入到上述镁合金熔体内，所述预分散混合料的添加速度为1g/min-40g/min，搅拌时镁合金熔体温度600-720℃，搅拌速度为100-500rpm，搅拌时间5-30min；添加作业结束后，对镁合金熔体同步进行旋转喷吹和机械振动处理，旋转喷吹气体流量10-300ml/min，振动频率50Hz，机械振动方向为垂直方向，振动时间5-30min后，停止旋转喷吹，再继续垂直振动10-600S，得高熵合金颗粒与镁合金熔体；
③、消失模铸造：在用泡沫材料制备的铸件模型外表面上涂覆0.8-1.2mm厚消失模有色金属涂料，将铸件模型在50-100℃下烘干5-10h后，放入砂箱内填砂造型并振动紧实，停止振动，在砂箱顶部覆盖一层塑料薄膜，在塑料薄膜上安装浇口杯，对砂箱抽真空，真空度负压为0.03-0.10MPa，开启振动，振动方向为垂直方向，振动频率50Hz，将步骤②中的高熵合金颗粒与镁合金熔体在保护气体保护下浇注到消失模铸造砂箱中，浇注温度600-740℃，振动时间20-120S，高熵合金颗粒与镁合金熔体凝固，得消失模铸造镁基复合材料。
本发明的优点是：
本发明在制备过程中以镁合金屑与高熵合金颗粒先进行电磁搅拌预分散，然后在分两部分加入到金属熔体中，有利于颗粒在基体中的分散。
本发明属于液态法制备复合材料，颗粒与基体合金之间的界面结合较好。
本发明通过添加一定粒径的高熵合金颗粒能够明显的细化晶粒，提高硬度和强度。
本发明将分散体分两部份添加到金属熔体中，减小旋转搅拌添加颗粒的时间。
本发明通过旋转喷吹和机械振动有利于夹渣和气体的上浮及排出，达到除气除渣、消除冷隔缺陷，有利于熔体净化，起到精炼作用。
本发明旋转喷吹处理同时进行机械振动，在旋转喷吹结束后继续进行机械振动，避免了因长时间搅拌和旋转喷吹通气产生的气孔含量高问题。
本发明采用消失模铸造方法，铸件精度高，铸件设计灵活多样，满足于工业化大批量生产。
本发明采用在振动条件下进行消失模铸造方法，振动可以破碎凝固过程中长大的枝晶，达到晶粒细化，使组织均匀，使铸件残余应力减少。
本发明采用所述的振动方向为垂直方向，垂直振动可以达到明显提高性能的效果。
具体实施方式
下面对本发明实施方案进行详细描述。一种消失模铸造制备镁基复合材料的方法，所述方法步骤是：
①、高熵合金颗粒在镁合金屑中预分散混合料制备：将重量比1∶1～2的高熵合金颗粒和尺寸0.1～2mm的镁合金屑置于电磁搅拌器烧杯中，在常温条件下，以50-500r/min转速下电磁搅拌1-5h后，再在50-150℃温度内烘干1-5h，制备成预分散混合料；
②、熔体制备：将步骤①中制备的预分散混合料按重量比各占50％的分成两份，其中，50％的预分散混合料与镁合金锭一并放入电阻炉中，在炉温680-750℃和保护气体保护下进行熔炼，在镁合金锭熔化，预分散混合料进入镁合金熔体内部后，将剩余50％的预分散混合料采用边添加边用旋转搅拌方式加入到上述镁合金熔体内，所述预分散混合料的添加速度为1g/min-40g/min，搅拌时镁合金熔体温度600-720℃，搅拌速度为100-500rpm，搅拌时间5-30min；添加作业结束后，对镁合金熔体同步进行旋转喷吹和机械振动处理，旋转喷吹气体流量10-300ml/min，振动频率50Hz，机械振动方向为垂直方向，振动时间5-30min后，停止旋转喷吹，再继续垂直振动10-600S，得高熵合金颗粒与镁合金熔体；
③、消失模铸造：在用泡沫材料制备的铸件模型外表面上涂覆0.8-1.2mm厚消失模有色金属涂料，将铸件模型在50-100℃下烘干5-10h后，放入砂箱内填砂造型并振动紧实，停止振动，在砂箱顶部覆盖一层塑料薄膜，在塑料薄膜上安装浇口杯，对砂箱抽真空，真空度负压为0.03-0.10MPa，开启振动，振动方向为垂直方向，振动频率50Hz，将步骤②中的高熵合金颗粒与镁合金熔体在保护气体保护下浇注到消失模铸造砂箱中，浇注温度600-740℃，振动时间20-120S，高熵合金颗粒与镁合金熔体凝固，得消失模铸造镁基复合材料。
所述保护气体为六氟化硫、二氧化碳、惰性气体的一种或两种混合气体，优选为六氟化硫与二氧化碳按1∶20或1∶100的体积比混合气体。
所述旋转喷吹气体为惰性气体的一种或两种混合气体。
所述高熵合金颗粒为CoCrFeNi系、AlCoCrFeNi系、AlCoCrCuFeNi系、AlCoCuFeNi系中的一种。
所述镁合金锭为Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-Mn系或Mg-Li系的一种。
本制备方法得到的镁基复合材料维氏硬度、抗压强度提高，摩擦系数降低(见下表)，技术效果显著、突出。

Claims (5)

1.一种消失模铸造制备镁基复合材料的方法，其特征在于：所述方法步骤是：
①、高熵合金颗粒在镁合金屑中预分散混合料制备：将重量比1∶1～2的高熵合金颗粒和尺寸0.1～2mm的镁合金屑置于电磁搅拌器烧杯中，在常温条件下，以50-500r/min转速下电磁搅拌1-5h后，再在50-150℃温度内烘干1-5h，制备成预分散混合料；
②、熔体制备：将步骤①中制备的预分散混合料按重量比各占50％的分成两份，其中，50％的预分散混合料与镁合金锭一并放入电阻炉中，在炉温680-750℃和保护气体保护下进行熔炼，在镁合金锭熔化，预分散混合料进入镁合金熔体内部后，将剩余50％的预分散混合料采用边添加边用旋转搅拌方式加入到上述镁合金熔体内，所述预分散混合料的添加速度为1g/min-40g/min，搅拌时镁合金熔体温度600-720℃，搅拌速度为100-500rpm，搅拌时间5-30min；添加作业结束后，对镁合金熔体同步进行旋转喷吹和机械振动处理，旋转喷吹气体流量10-300ml/min，振动频率50Hz，机械振动方向为垂直方向，振动时间5-30min后，停止旋转喷吹，再继续垂直振动10-600S，得高熵合金颗粒与镁合金熔体；
③、消失模铸造：在用泡沫材料制备的铸件模型外表面上涂覆0.8-1.2mm厚消失模有色金属涂料，将铸件模型在50-100℃下烘干5-10h后，放入砂箱内填砂造型并振动紧实，停止振动，在砂箱顶部覆盖一层塑料薄膜，在塑料薄膜上安装浇口杯，对砂箱抽真空，真空度负压为0.03-0.10MPa，开启振动，振动方向为垂直方向，振动频率50Hz，将步骤②中的高熵合金颗粒与镁合金熔体在保护气体保护下浇注到消失模铸造砂箱中，浇注温度600-740℃，振动时间20-120S，高熵合金颗粒与镁合金熔体凝固，得消失模铸造镁基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种消失模铸造制备镁基复合材料的方法，其特征在于：所述保护气体为六氟化硫、二氧化碳、惰性气体的一种或两种混合气体，优选为六氟化硫与二氧化碳按1∶20或1∶100的体积比混合气体。
3.根据权利要求1所述的一种消失模铸造制备镁基复合材料的方法，其特征在于：所述旋转喷吹气体为惰性气体的一种或两种混合气体。
4.根据权利要求1所述的一种消失模铸造制备镁基复合材料的方法，其特征在于：所述高熵合金颗粒为CoCrFeNi系、AlCoCrFeNi系、AlCoCrCuFeNi系、AlCoCuFeNi系中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种消失模铸造制备镁基复合材料的方法，其特征在于：所述镁合金锭为Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-Mn系或Mg-Li系的一种。
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