CN1316048C - 镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料 - Google Patents

镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料 Download PDF

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Abstract

一种用于复合材料技术领域的镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料。基体为纯镁粉或镁合金粉体积百分比70%-95%与含化学镀铜层碳化硅颗粒5%-30%的体积百分比混合制得。化学镀铜层为通过化学镀铜在碳化硅表面沉积的一层铜涂层，铜的重量百分比占含化学镀铜层碳化硅颗粒总重量的10%～50%，碳化硅颗粒的重量百分比为50%～90%。本发明通过控制合适的铜涂层厚度、碳化硅颗粒体积分数和粉末冶金技术并辅以热挤工艺制备出的新型镁基复合材料中碳化硅颗粒分布均匀、界面结合良好，而且兼具良好力学性能和阻尼性能，得到一种高强度高阻尼结构与功能一体化的镁基复合材料，具有广泛的应用领域。

Description

镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料
技术领域
本发明涉及的是一种用于复合材料技术领域的镁基复合材料，具体是一种镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料。
背景技术
材料的阻尼性能在控制结构的振动和噪音中起了重要的作用，因而也延长了循环载荷或冲击下材料的服役寿命。在所有的商业金属结构材料中镁具有最高的阻尼性能，然而弱的机械性能限制了其更为广泛的应用。因此，改善镁的机械强度而保持其固有的高阻尼性能成为了众多研究的核心问题。
经对现有技术的文献检索发现，C.Mayencourt等人在《Phys.Status.Solidi.A》(1997，163：357)上发表论文“高阻尼复合材料：Mg2Si/Mg的研究”，该文提出通过定向凝固工艺制备纤维增强复合材料Mg2Si/Mg，拥有工业铸造镁合金AZ63相当的拉伸强度而阻尼性能却改善了10-100倍，该工艺得到的纤维复合材料的性能存在各向异性，而且定向凝固工艺复杂，不适合工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料，使其具有良好的力学性能和阻尼性能，碳化硅(SiC)表面的铜(Cu)涂层可以有效改善碳化硅和镁基体之间的润湿，促进烧结，从而提高最终的力学性能，达到结构功能一体化的应用要求。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明基体为纯镁粉或镁合金粉体积百分比70％-95％与含化学镀铜层碳化硅颗粒5％-30％的体积百分比混合制得。
所述的化学镀铜层为通过化学镀铜在碳化硅表面沉积的一层铜涂层，铜的重量百分比占含化学镀铜层碳化硅颗粒总重量的10％～50％，碳化硅颗粒的重量百分比为50％～90％。
所述的含化学镀铜层碳化硅颗粒为增强相；
所述的纯镁粉或镁合金粉体为基体相；
所述的含化学镀铜层是通过在碳化硅颗粒表面化学镀铜得到的界面层，使制造的复合材料获得强度和阻尼性能的良好匹配。
将镀铜碳化硅颗粒、纯镁粉或镁合金粉以一种粉末冶金的工艺进行混合，并经冷压、烧结和热挤后得到颗粒分布均匀、界面结合良好、组织致密的镁基复合材料。镁具有高的本征阻尼性能，加之复合材料的界面效应，可保证本发明的复合材料具有良好的阻尼性能。碳化硅表面的Cu涂层可以有效改善碳化硅和镁基体之间的润湿，促进烧结，从而提高最终的力学性能，达到结构功能一体化的应用要求。由于镁基复合材料的界面对其力学性能和阻尼性能的影响显著，本发明采用碳化硅颗粒表面镀铜方法得到具有特殊界面层的镁基复合材料，使其具有良好的力学性能和阻尼性能的综合。
本发明的有益效果是：通过控制合适的铜涂层厚度、碳化硅颗粒体积分数和粉末冶金技术并辅以热挤工艺制备出的新型镁基复合材料中碳化硅颗粒分布均匀、界面结合良好，而且兼具良好力学性能和阻尼性能，得到一种高强度高阻尼结构与功能一体化的镁基复合材料，具有广泛的应用领域。例如以体积含量为10％的镀铜SiC/Mg复合材料的抗拉强度约为208MPa，提高镁的强度约100％，同时其室温阻尼性能接近于0.008，达到较高阻尼水平。
具体实施方式
实施例1
本实施例以化学镀铜(Cu)的碳化硅(SiC)粒子为增强相，以镁为基体相，通过在碳化硅颗粒表面化学镀铜来得到特殊的界面层，使制造的复合材料获得强度和阻尼性能的良好匹配。采用40μm纯镁粉和14μm的SiC粒子为原始粉末材料，SiC粒子的体积百分数为5％。在SiC粒子表面化学镀覆重量比为30％的Cu涂层，化学镀铜涂层以极细小的颗粒状均匀覆盖在碳化硅颗粒表面。然后经混粉、冷压、烧结和热挤后得到颗粒分布均匀、组织致密、界面结合良好的复合材料。该涂层SiC/Mg复合材料的抗拉强度约为150MPa，高出镁的抗拉强度约50％，室温阻尼性能达到0.01的高阻尼。
实施例2
本实施例以化学镀铜的碳化硅粒子为增强相，以镁为基体相，通过在碳化硅颗粒表面化学镀铜来得到特殊的界面层，使制造的复合材料获得强度和阻尼性能的良好匹配。采用40μm纯镁粉和14μm的SiC粒子为原始粉末材料，SiC粒子的体积百分数为10％。在SiC粒子表面化学镀覆重量比为30％的Cu涂层，化学镀铜涂层以极细小的颗粒状均匀覆盖在碳化硅颗粒表面。然后经混粉、冷压、烧结和热挤后得到颗粒分布均匀、组织致密、界面结合良好的复合材料。该涂层SiC/Mg复合材料的抗拉强度约为208MPa，提高镁的强度约100％。室温阻尼性能接近于0.008。
实施例3
本实施例以化学镀铜的碳化硅粒子为增强相，以镁为基体相，通过在碳化硅颗粒表面化学镀铜来得到特殊的界面层，使制造的复合材料获得强度和阻尼性能的良好匹配。采用40μm镁铝合金粉和14μm的SiC粒子为原始粉末材料，SiC粒子的体积百分数为30％。在SiC粒子表面化学镀覆重量比为30％的Cu涂层，化学镀铜涂层以极细小的颗粒状均匀覆盖在碳化硅颗粒表面。然后经混粉、冷压、烧结和热挤后得到颗粒分布均匀、组织致密、界面结合良好的复合材料。该涂层SiC/Mg复合材料的抗拉强度约为265MPa，提高了镁的强度约160％。室温阻尼接近于0.005，高温阻尼性能超过了镁。因此该涂层SiC/Mg复合材料可获得良好的力学与阻尼性能匹配。

Claims (4)

1、一种镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料，其特征在于，纯镁粉或镁合金粉体积百分比70％-95％与含化学镀铜层碳化硅颗粒5％-30％的体积百分比混合制得。
2、根据权利要求1所述的镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料，其特征是，所述的化学镀铜层为通过化学镀铜在碳化硅表面沉积的一层铜涂层，铜的重量百分比占含化学镀铜层碳化硅颗粒总重量的10％～50％，碳化硅颗粒的重量百分比为50％～90％。
3、根据权利要求1所述的镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料，其特征是，所述的纯镁粉或镁合金粉体为基体相。
4、根据权利要求1或者2所述的镀铜碳化硅颗粒增强镁基复合材料，其特征是，所述的含化学镀铜层碳化硅颗粒为增强相。
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