颗粒增强镁基复合材料专利技术综述

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1、颗粒增强镁基复合材料专利技术综述中图分类号：TB22文献标识码：A镁合金作为最轻的金属结构材料，具有高的比强度和比刚度、优良的铸造性能和机械加工性能，被誉为21世纪的绿色结构材料，有着广泛的应用前景。但是与铝合金相比，镁合金由于高温下强度下降使其应用受到一定的限制。为了改善镁合金强度低、力学性能差的缺点，常向镁合金中加入连续或非连续（短纤维、晶须等）纤维增强镁基复合材料增强镁基复合材料。但其中纤维或晶须作为增强体价格昂贵、制备工艺复杂、存在晶须断裂等问题使纤维/晶须增强镁基复合材料的实际应用受到很大限制。为了满足进一步推广应用的要求，开始研究颗粒增强镁

2、基复合材料，其具有力学性能呈各向同性、制备工艺简单、增强体价格低廉、等特点，是目前最有可能实现低成本、规模化商业生产的镁基复合材料。1.镁基复合材料组成镁基复合材料主要由基体及增强相组成。基体所用镁合金系主要有Mg-AI-Zn系、Mg-Zn-Zr系、Mg-Li系、Mg-Mn系等。而对于镁基复合材常用增强体主要有碳纤维、碳化硅、氧化铝及碳化硼颗粒等。2.专利申请概况2.1申请人类型分析本文从中国专利文摘数据库CPRSABS和世界专利文摘库SIPOABS、德温特世界专利库Dg2Si，CrSi2以及TiSi2等。在使用硅化物颗粒增强镁基复合材料时，增强相硅化

3、物颗粒主要是通过原位反应生成。在1994年，日本专利JPH0841564A首先通过原位反应生成Mg2Si颗粒增强相，与碳化硅颗粒一起增强镁合金。但是在镁合金中反应生成的Mg2Si相极易长大变成粗大的汉字状，影响材料的力学性能。随后，上海交通大学（1789446A、101148723A）、江苏大学（101381829A）、南昌大学（101748300A、102776396A）、南昌航空航天大学（104131190A）等各大高校开始采用不同的方式细化镁合金复合材料中的Mg2Si相，例如利用脉冲磁场、超声波、超声变幅杆以及在合金中一定量的锑元素合金等，改善增

4、强相的强化效果。3.2碳化物颗粒常用碳化物添加颗粒主要包括SiC，TiC。1986年，AMAX公司（US4657065A）首先采用碳化硅颗粒和/纤维和碳化钛颗粒作为增强相。随后，碳化物作为最常规的增强相添加到镁合金中用于制备颗粒增强镁基复合材料（JPH01156448A、JPH02129322A、JPH02145233A、JPH01279721A、JPH05209205A、JPH05202443A、gO、Al2O3、Fe2O3、MnO2、ZrO2等。由于氧化物的成本较低，氧化物在1984年最先作为增强相用于制备颗粒增强镁基复合材料（JPS6024324

5、5A），并在随后的技术发展中得到了广泛的应用，例如专利JPS6350615A、JPH01261266A，JPH05202443A；1837392A、TW200914167A充分发挥纳米材料的特征，将碳化物和氧化物以纳米形态添加到镁合金中，制备出的镁基复合材料集纳米材料和复合材料的优点于一身；哈尔滨工业大学（103589891A）则改变氧化物的形式，将Al2O3以空心球的方式添加到镁合金。3.4金属颗粒金属颗粒首次被用作增强相颗粒是在2001年，神户制钢株式会所尝试将金属锆作为增强相制备出锆增强的镁基复合材料；在国内，2006年上海交通大学（171879

6、2A）才将钛金属颗粒作为增强相；随后，江苏大学（101067188A）、北京航空航天大学（101538672A）、南昌大学（104313371A，104313372A）先后研究了将含稀土元素的金属间化合物颗粒作为颗粒增强相；中科学院金属研究所在2006年（101186996A）首次尝试将Nb颗粒添加到非晶态的镁合金中；并在随后研究了（102108454A）将金属颗粒与非金属颗粒一起作为增强相；以及（102108460A）将Co基、Zr基、Ni-Al基等形状记忆合金颗粒添加到镁基合金中，使得制备的复合材料具有形状记忆效应性能。3.5准晶颗粒准晶由于具有各

7、向同性及准周期晶格结构，使得位错滑移困难，而具有高硬度和高强度。因此，研究人员遂利用其作为增强相。首先是在2003年时，上海交通大学（1524974AA）将AlxCuyFez合金准晶粉添加到到镁基合金中。随后，太原理工大学（1644738A、102206782A）、北京工业大学（102618766A）、华东交通大学（102618766A）、西安理工大学（103421995A）等高校都开始研究不同成分和形态的准晶颗粒增强相，制备出具有细小尺寸、近似球状的准晶增强的镁基复合材料。3.6其他除了上述几种常见的增强颗粒以外，单质B（JP29893488A、JP

8、29826588A、JP5313789A）、C（JP28139188A）、尖晶石（JP5313