一種石墨顆粒增強鎂基複合材料的製備方法

2023-07-31 08:30:56 3

一種石墨顆粒增強鎂基複合材料的製備方法
【專利摘要】一種石墨顆粒增強鎂基複合材料的製備方法，它涉及一種鎂基複合材料的製備方法。本發明是要解決目前的鎂基複合材料還無法同時具備高導熱高阻尼性能的技術問題。本發明的製備方法按以下步驟進行：一、製備半固態熔融鎂合金；二、製備石墨-合金熔體；三、製備石墨顆粒增強鎂基複合材料。本發明製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料通過攪拌鑄造以及控制石墨顆粒的體積分數，充分發揮石墨顆粒的增強導熱與阻尼效果，獲得了高導熱和高阻尼性能兼顧的鎂基複合材料。本發明主要應用於製備鎂基複合材料。
【專利說明】一種石墨顆粒增強鎂基複合材料的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鎂基複合材料的製備方法。
【背景技術】
[0002]現代科學技術日新月異的發展對傳熱散熱和減振降噪技術有十分迫切的需求。目前傳熱散熱和減振降噪技術的應用已經涉及到航空航天、核工業、軍事裝備、陸上交通運輸工具、重工業、電力機械部門、輕工業、紡織工業部門、大型建築物和土木結構等眾多領域。高效導熱和散熱是熱管理領域的關鍵問題，因此對作為熱控重要組成部分的導熱材料提出了越來越高的要求，迫切需要開發質量輕、導熱率高的材料。另一方面，阻尼材料可以在不使用外部減震結構的條件下來減小振動，其優點在於可以根據實際使用環境靈活選材，其結構質量輕、體積小，可以提高使用能效。
[0003]鎂基複合材料密度小、減振性能較好，同時具有資源豐富、可再生回收等優勢，是環保、節能和再生的首選綠色結構材料。但是目前的鎂基複合材料還無法同時具備高導熱高阻尼性能。

【發明內容】

[0004]本發明是要解決目前的鎂基複合材料還無法同時具備高導熱高阻尼性能的技術問題，從而提 供一種石墨顆粒增強鎂基複合材料的製備方法。
[0005]本發明的一種石墨顆粒增強鎂基複合材料的製備方法按以下步驟進行:
[0006]一、製備半固態熔融鎂合金:將基體鎂合金從室溫升溫至700°C~750°C，然後將溫度降至580°C~650°C，得到半固態熔融鎂合金；
[0007]二、製備石墨-合金熔體:將步驟一得到的半固態熔融鎂合金在轉速為500rpm~2000rpm的條件下進行攪拌，同時將石墨顆粒加熱到450°C~500°C,得到預熱的石墨顆粒，在轉速為500rpm~2000rpm的條件下將預熱的石墨顆粒加入到半固態熔融鎂合金中，繼續在轉速為500rpm~2000rpm的條件下進行攪拌IOmin~25min,得到石墨-合金熔體；步驟二所述的石墨顆粒與半固態熔融鎂合金的體積比為1: (2.3~19)；
[0008]三、製備石墨顆粒增強鎂基複合材料:將步驟二得到的石墨-合金熔體升溫至全部成液態，然後將液態的石墨-合金熔體澆注到溫度為450°C~500°C的模具中並在IOOMPa~150MPa壓力下凝固，得到石墨顆粒增強鎂基複合材料。
[0009]本發明的優點:
[0010]本發明製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料通過攪拌鑄造以及控制石墨顆粒的體積分數，充分發揮石墨顆粒的增強導熱與阻尼效果，獲得了導熱和阻尼性能兼顧的鎂基複合材料，使得阻尼性能提高了 5倍，導熱性能提高了 2倍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為試驗一製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的SEM圖；[0012]圖2為試驗二製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的SEM圖；
[0013]圖3為試驗三製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的SEM圖；
[0014]圖4為試驗四製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的SEM圖；
[0015]圖5是在頻率為IHz的條件下進行阻尼性能測試的試驗結果數據圖，曲線I為試驗四製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的阻尼性能測試的試驗結果數據圖，曲線2為試驗三製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的阻尼性能測試的試驗結果數據圖，曲線3為試驗二製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的阻尼性能測試的試驗結果數據圖，曲線4為試驗一製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的阻尼性能測試的試驗結果數據圖，曲線5為AZ91鎂合金的阻尼性能測試的試驗結果數據圖；
[0016]圖6為導熱率測試數據圖，點I為AZ91鎂合金的導熱率測試數據，點2為試驗一製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的導熱率測試數據，點3為試驗二製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的導熱率測試數據，點4為試驗三製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的導熱率測試數據，點5為試驗四製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的導熱率測試數據。
【具體實施方式】
[0017]【具體實施方式】一:本實施方式中一種石墨顆粒增強鎂基複合材料的製備方法是按以下步驟進行的:
[0018]一、製備半 固態熔融鎂合金:將基體鎂合金從室溫升溫至70(TC~750°C，然後將溫度降至580°C~650°C，得到半固態熔融鎂合金；
[0019]二、製備石墨-合金熔體:將步驟一得到的半固態熔融鎂合金在轉速為500rpm~2000rpm的條件下進行攪拌，同時將石墨顆粒加熱到450°C~500°C,得到預熱的石墨顆粒，在轉速為500rpm~2000rpm的條件下將預熱的石墨顆粒加入到半固態熔融鎂合金中，繼續在轉速為500rpm~2000rpm的條件下進行攪拌IOmin~25min,得到石墨-合金熔體；步驟二所述的石墨顆粒與半固態熔融鎂合金的體積比為1: (2.3~19)；
[0020]三、製備石墨顆粒增強鎂基複合材料:將步驟二得到的石墨-合金熔體升溫至全部成液態，然後將液態的石墨-合金熔體澆注到溫度為450°C~500°C的模具中並在IOOMPa~150MPa壓力下凝固，得到石墨顆粒增強鎂基複合材料。
[0021]本實施方式的優點:
[0022]本實施方式的石墨顆粒增強鎂基複合材料通過攪拌鑄造以及控制石墨顆粒的體積分數，充分發揮石墨顆粒的增強導熱與阻尼效果，獲得了導熱和阻尼性能兼顧的鎂基複合材料，使得阻尼性能提高了 5倍，導熱性能提高了 2倍。
[0023]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中將基體鎂合金從室溫升溫至710°C~730°C，然後將溫度降至600°C~630°C，得到半固態熔融鎂合金。其它與【具體實施方式】一相同。
[0024]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一至二之一不同的是:步驟二中將步驟一得到的半固態熔融鎂合金在轉速為1000rpm~1500rpm的條件下進行攪拌。其它與
【具體實施方式】一至二之一相同。
[0025]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟二中在轉速為1000rpm~1500rpm的條件下進將預熱的石墨顆粒加入到半固態熔融鎂合金中，繼續在轉速為1000rpm~1500rpm的條件下進行攪拌15min~20min,得到石墨-合金熔體。
其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0026]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟二中所述的石墨顆粒與半固態熔融鎂合金的體積比為1: (5~10)。其它與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0027]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:步驟三中將步驟二得到的石墨-合金熔體升溫至全部成液態，然後將液態的石墨-合金熔體澆注到溫度為450°C~500°C的模具中並在120MPa~140MPa壓力下凝固，得到石墨顆粒增強鎂基複合材料。其它與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0028]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是:步驟一中所述的基體鎂合金為AZ91鎂合金。其它與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0029]通過以下試驗驗證本發明的有益效果:
[0030]試驗一:本試驗為石墨顆粒增強鎂基複合材料，具體步驟如下:
[0031]一、製備半固態熔融鎂合金:將AZ91鎂合金從室溫升溫至700°C，然後將溫度降至580°C，得到半固態熔融鎂合金；
[0032]二、製備石墨-合金熔體:將步驟一得到的半固態熔融鎂合金在轉速為500rpm的條件下進行攪拌，同時將石墨顆粒加熱到450°C，得到預熱的石墨顆粒，將預熱的石墨顆粒加入到在轉速為500rpm的條件下進行攪拌的半固態熔融鎂合金中，繼續在轉速為500rpm的條件下進行攪拌lOmin，得到石墨-合金熔體；步驟二所述的石墨顆粒與半固態熔融鎂合金的體積比為1:19 ;`
[0033]三、製備石墨顆粒增強鎂基複合材料:將步驟二得到的石墨-合金熔體升溫至全部成液態，然後將液態的石墨-合金熔體澆注到溫度為450°C的模具中並在IOOMPa壓力下凝固，得到石墨顆粒增強鎂基複合材料。
[0034]試驗二:本試驗為石墨顆粒增強鎂基複合材料，具體步驟如下:
[0035]一、製備半固態熔融鎂合金:將AZ91鎂合金從室溫升溫至710°C，然後將溫度降至600°C，得到半固態熔融鎂合金；
[0036]二、製備石墨-合金熔體:將步驟一得到的半固態熔融鎂合金在轉速為1000rpm的條件下進行攪拌，同時將石墨顆粒加熱到450°C，得到預熱的石墨顆粒，將預熱的石墨顆粒加入到在轉速為1000rpm的條件下進行攪拌的半固態熔融鎂合金中，繼續在轉速為1000rpm的條件下進行攪拌15min,得到石墨-合金熔體；步驟二所述的石墨顆粒與半固態熔融鎂合金的體積比為1:9;
[0037]三、製備石墨顆粒增強鎂基複合材料:將步驟二得到的石墨-合金熔體升溫至全部成液態，然後將液態的石墨-合金熔體澆注到溫度為450°C的模具中並在120MPa壓力下凝固，得到石墨顆粒增強鎂基複合材料。
[0038]試驗三:本試驗為石墨顆粒增強鎂基複合材料，具體步驟如下:
[0039]一、製備半固態熔融鎂合金:將AZ91鎂合金從室溫升溫至730°C，然後將溫度降至630°C，得到半固態熔融鎂合金；
[0040]二、製備石墨-合金熔體:將步驟一得到的半固態熔融鎂合金在轉速為1500rpm的條件下進行攪拌，同時將石墨顆粒加熱到450°C，得到預熱的石墨顆粒，將預熱的石墨顆粒加入到在轉速為1500rpm的條件下進行攪拌的半固態熔融鎂合金中，繼續在轉速為1500rpm的條件下進行攪拌20min,得到石墨-合金熔體；步驟二所述的石墨顆粒與半固態熔融鎂合金的體積比為1:5.7;
[0041]三、製備石墨顆粒增強鎂基複合材料:將步驟二得到的石墨-合金熔體升溫至全部成液態，然後將液態的石墨-合金熔體澆注到溫度為450°C的模具中並在120MPa壓力下凝固，得到石墨顆粒增強鎂基複合材料。
[0042]試驗四:本試驗為石墨顆粒增強鎂基複合材料，具體步驟如下:
[0043]一、製備半固態熔融鎂合金:將AZ91鎂合金從室溫升溫至750°C，然後將溫度降至650°C，得到半固態熔融鎂合金；
[0044]二、製備石墨-合金熔體:將步驟一得到的半固態熔融鎂合金在轉速為2000rpm的條件下進行攪拌，同時將石墨顆粒加熱到450°C，得到預熱的石墨顆粒，將預熱的石墨顆粒加入到在轉速為2000rpm的條件下進行攪拌的半固態熔融鎂合金中，繼續在轉速為2000rpm的條件下進行攪拌25min,得到石墨-合金熔體；步驟二所述的石墨顆粒與半固態熔融鎂合金的體積比為1:4;
[0045]三、製備石墨顆粒增強鎂基複合材料:將步驟二得到的石墨-合金熔體升溫至全部成液態，然後將液態的石墨-合金熔體澆注到溫度為500°C的模具中並在140MPa壓力下凝固，得到石墨顆粒增強鎂基複合材料。
[0046]圖1為試驗一製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的SEM圖，圖2為試驗二製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的SEM圖，圖3為試驗三製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的SEM圖，圖4為試驗四製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的SEM圖，圖中黑色物質為石墨顆粒，不同體積分數的石墨顆粒分布非常均勻，實現了石墨顆粒的加入和均勻分散。
[0047]圖5是在頻率為IHz的條件下進行阻尼性能測試的試驗結果數據圖，曲線I為試驗四製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的阻尼性能測試的試驗結果數據圖，曲線2為試驗三製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的阻尼性能測試的試驗結果數據圖，曲線3為試驗二製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的阻尼性能測試的試驗結果數據圖，曲線4為試驗一製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的阻尼性能測試的試驗結果數據圖，曲線5為AZ91鎂合金的阻尼性能測試的試驗結果數據圖。從圖中可以看出AZ91鎂合金中石墨顆粒的添加增加了 AZ91鎂合金的室溫阻尼性能，而且石墨顆粒的體積分數越高，阻尼性能越高，試驗四製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的阻尼性能幾乎是AZ91鎂合金的5倍，表明石墨顆粒增強鎂基複合材料是一種高阻尼材料。
[0048]圖6為導熱率測試數據圖，點I為AZ91鎂合金的導熱率測試數據，點2為試驗一製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的導熱率測試數據，點3為試驗二製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的導熱率測試數據，點4為試驗三製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的導熱率測試數據，點5為試驗四製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的導熱率測試數據。從圖可以看出與AZ91合金相比，四個試驗製備的石墨顆粒增強鎂基複合材料的導熱性能明顯提高，試驗四製備的 石墨顆粒增強鎂基複合材料的熱導率幾乎是AZ91合金的兩倍，而且隨著石墨顆粒體積分數的增高，材料的導熱率逐漸升高，表明石墨顆粒可以顯著的提高複合材料的導熱性能，是一種高導熱的鎂基複合材料。
【權利要求】
1.一種石墨顆粒增強鎂基複合材料的製備方法，其特徵在於石墨顆粒增強鎂基複合材料的製備方法是按以下步驟進行的: 一、製備半固態熔融鎂合金:將基體鎂合金從室溫升溫至700°C~750°C，然後將溫度降至580°C~650°C，得到半固態熔融鎂合金； 二、製備石墨-合金熔體:將步驟一得到的半固態熔融鎂合金在轉速為500rpm~2000rpm的條件下進行攪拌，同時將石墨顆粒加熱到450°C~500°C,得到預熱的石墨顆粒，在轉速為500rpm~2000rpm的條件下將預熱的石墨顆粒加入到半固態熔融鎂合金中，繼續在轉速為500rpm~2000rpm的條件下進行攪拌IOmin~25min,得到石墨-合金熔體；步驟二所述的石墨顆粒與半固態熔融鎂合金的體積比為1: (2.3~19)； 三、製備石墨顆粒增強鎂基複合材料:將步驟二得到的石墨-合金熔體升溫至全部成液態，然後將液態的石墨-合金熔體澆注到溫度為450°C~500°C的模具中並在IOOMPa~150MPa壓力下凝固，得到石墨顆粒增強鎂基複合材料。
2.根據權利要求1所述的一種石墨顆粒增強鎂基複合材料的製備方法，其特徵在於步驟一中將基體鎂合金從室溫升溫至710°C~730°C，然後將溫度降至600°C~630°C，得到半固態熔融鎂合金。
3.根據權利要求1所述的一種石墨顆粒增強鎂基複合材料的製備方法，其特徵在於步驟二中將步驟一得到的半固態熔融鎂合金在轉速為1000rpm~1500rpm的條件下進行攪拌。
4.根據權利要求1所述的一種石墨顆粒增強鎂基複合材料的製備方法，其特徵在於步驟二中在轉速為1000rpm~1500rpm的條件下進將預熱的石墨顆粒加入到半固態熔融鎂合金中，繼續在轉速為1000rpm~1500rpm的條件下進行攪拌15min~20min,得到石墨-合 金熔體。
5.根據權利要求1所述的一種石墨顆粒增強鎂基複合材料的製備方法，其特徵在於步驟二中所述的石墨顆粒與半固態熔融鎂合金的體積比為1: (5~10)。
6.根據權利要求1所述的一種石墨顆粒增強鎂基複合材料的製備方法，其特徵在於步驟三中將步驟二得到的石墨-合金熔體升溫至全部成液態，然後將液態的石墨-合金熔體澆注到溫度為450°C~500°C的模具中並在120MPa~140MPa壓力下凝固，得到石墨顆粒增強鎂基複合材料。
7.根據權利要求1所述的一種石墨顆粒增強鎂基複合材料的製備方法，其特徵在於步驟一中所述的基體鎂合金為AZ91鎂合金。
【文檔編號】C22C23/00GK103820670SQ201410076561
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月4日 優先權日:2014年3月4日
【發明者】王曉軍, 向抒林, 胡小石, 吳葉偉, 吳昆 , 鄭明毅, 喬曉光 申請人:哈爾濱工業大學