專利名稱：鐵鈷合金纖維增強(qiáng)鎂合金復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種鐵鈷合金纖維增強(qiáng)鎂合金復(fù)合材料及其制備 方法。
背景技術(shù)：
目前金屬材料領(lǐng)域中，對纖維及其對鎂的作用受到了重視。陶國林在重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)2005第22卷第5期研究了石墨(碳)纖維增強(qiáng)鎂 基復(fù)合材料。200810035823. 2提出二氧化鈦碳涂層碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。但是石墨 (碳)纖維和鎂存在界面反應(yīng)，生成大量反應(yīng)產(chǎn)物，形成聚集的脆性相和界面反應(yīng)產(chǎn)物脆性 層，造成纖維等增強(qiáng)體嚴(yán)重?fù)p傷，材料的性能急劇下降。如果要解決界面反應(yīng)問題，可采取 碳纖維涂層方式，但工藝復(fù)雜，成本高。晏建武等采用較高熔點(diǎn)的鈦纖維，在稀有金屬雜志1996年第3期發(fā)表了鈦纖維增 強(qiáng)鈦合金復(fù)合材料的研究，采用真空熱壓工藝制備鈦纖維增強(qiáng)鈦合金復(fù)合材料。但是，該技 術(shù)采用鈦纖維增強(qiáng)鈦合金，復(fù)合材料的重量較大，不能滿足比強(qiáng)度更高的要求。并且鈦纖維 不會(huì)賦予基體合金磁性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述技術(shù)缺陷，提供一種輕質(zhì)鐵鈷合金纖維增強(qiáng)鎂合金復(fù) 合材料，該復(fù)合材料的性能優(yōu)越，強(qiáng)度高，并且具有軟磁性能。本發(fā)明的另一目的是提供鐵鈷合金纖維增強(qiáng)鎂合金復(fù)合材料的制備方法，該制備 方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種鐵鈷合金纖維增強(qiáng)鎂合金復(fù)合材料，該復(fù)合材料以鎂合金為基體，在基體上 分布著鐵鈷合金纖維，鐵鈷合金纖維占復(fù)合材料的體積百分?jǐn)?shù)為50% -65% 該鎂合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量A1為7% 10%，F(xiàn)e為0.01% 0. 05%,Co 為 0. 01% 0. 05%, Sr 為 0. 003% -0. 09%，Sm 為 0. 003% -0. 09%，其余為 Mg ；鐵鈷合金纖維的化學(xué)成分的重量百分含量Co為45% 50%，V為2% 4%，Ni 為 5%，Sr 為 0. 003% -0. 09%, Sm 為 0. 003% -0. 09%, Nd 為 0. 05% 0. 2%，其余 為Fe。一種鐵鈷合金纖維增強(qiáng)鎂合金復(fù)合材料，該復(fù)合材料以鎂合金為基體，在基體上 分布著鐵鈷合金纖維，鐵鈷合金纖維占復(fù)合材料的體積百分?jǐn)?shù)為50% -65% 該鎂合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量A1為7% 10%，F(xiàn)e為0.01% 0. 05%,Co 為 0. 01% 0. 05%, Sr 為 0. 003% -0. 09%，Sm 為 0. 003% -0. 09%，其余為 Mg ；鐵鈷合金纖維的化學(xué)成分的重量百分含量Co為45% 50%，V為2% 4%，Ni 為 5%，Sr 為 0. 003% -0. 09%, Sm 為 0. 003% -0. 09%, Nd 為 0. 05% 0. 2%，其余 為Fe。
3
本發(fā)明鐵鈷合金纖維增強(qiáng)鎂合金復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它包括以下 步驟鐵鈷合金纖維的準(zhǔn)備按重量百分含量Co為45% 50%，V為2% 4%，Ni 為 1 % 5 %，Sr 為 0. 003-0. 09 %，Sm 為 0. 003 % -0. 09 %，Nd 為 0. 05 % 0. 2 %，其余 為Fe進(jìn)行配料，將原料置入帶有加熱裝置的升液管內(nèi)熔化而形成鐵合金液，熔化溫度為 1580-1600°C ；合金液通過升液管與旋轉(zhuǎn)的水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣接觸，水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣 將合金液拽出，形成鐵鈷合金纖維，轉(zhuǎn)輪凸緣的線速度為19-24m/s，形成鐵鈷合金纖維的直 徑為10-45 μ m;轉(zhuǎn)輪開轉(zhuǎn)前開啟轉(zhuǎn)輪水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)進(jìn)水溫度小于30°C ；然后將形成鐵鈷合金纖維成束放置于有加熱裝置的底部通真空系統(tǒng)的鋼制模 具的空腔中，制成鐵鈷合金纖維預(yù)制體，控制鐵鈷合金纖維體積占鋼制模具空腔體積的 50% -65% ；開啟模具加熱裝置，控制溫度為450-550°C ；鎂合金液的準(zhǔn)備按重量百分含量Al為7 % 10 %，F(xiàn)e為0. 01 % 0. 05 %，Co為 0. 01% 0. 05%, Sr 為 0. 003% -0. 09%, Sm 為 0. 00% 3-0. 09%，其余為 Mg 進(jìn)行配料，將 原料在680-720°C溫度下熔化成鎂合金液；開啟真空系統(tǒng)，控制上述鋼制模具內(nèi)的相對真空度為-20Kpa，將上述鎂合金液體 澆入上述接通真空系統(tǒng)的鋼制模具內(nèi)的鐵鈷合金纖維預(yù)制體的上面，并注滿模具，鎂合金 液體在真空壓力作用下滲入鐵鈷合金纖維預(yù)制體，關(guān)閉模具加熱裝置，在該鋼制模具內(nèi)冷 卻凝固，形成鐵鈷合金纖維增強(qiáng)鎂合金復(fù)合材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下本發(fā)明的鐵鈷合金纖維中的Co、V、Ni、Fe、Nd元素共同作用可保證合金具有較高 磁性；鐵鈷合金纖維中的Sm、Sr、Nd元素共同作用可保證鐵鈷合金纖維合金具有較高強(qiáng)度。鎂合金中Al、Co、Sm、Sr元素保證合金具有較高強(qiáng)度。鎂合金中Fe、Co、Sr、Sm共 同作用能保證鎂合金與鐵鈷合金纖維具有很好的冶金結(jié)合。本發(fā)明的合金性能見表1。本發(fā)明合金制備工藝簡便，生產(chǎn)的合金材料性能好，而且生產(chǎn)成本低，非常便于工 業(yè)化生產(chǎn)。
四

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一制得的鐵鈷合金纖維增強(qiáng)鎂合金復(fù)合材料的金相組織。由圖1可以看到在鎂合金基體和鐵鈷合金纖維界面結(jié)合良好。
五具體實(shí)施例方式以下各實(shí)施例僅用作對本發(fā)明的解釋說明，其中的重量百分含量均可換成重量g、 kg或其它重量單位。實(shí)施例一鐵鈷合金纖維的準(zhǔn)備鐵鈷合金纖維的各成份重量百分含量按Co為45%，V為2%，Ni為1%，Sr為 0. 003 %，Sm為0. 003 %，Nd為0. 05 %，其余為Fe進(jìn)行配料將原料置入帶有加熱裝置的升液 管內(nèi)熔化而形成鐵合金液，熔化溫度為1580-1600°C ；該升液管下部套裝有柱塞，柱塞在動(dòng) 力裝置帶動(dòng)下可沿升液管上、下移動(dòng)，柱塞上移時(shí)可將升液管內(nèi)液面抬高，從而便于轉(zhuǎn)輪凸緣將合金液拽出，形成細(xì)晶銅纖維，轉(zhuǎn)輪采用輪緣有凸緣的水冷銅合金轉(zhuǎn)輪。合金液通過升 液管與旋轉(zhuǎn)的水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣接觸，水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣將合金液拽出，形成鐵鈷合 金纖維，轉(zhuǎn)輪凸緣的線速度為19-24m/s。鐵鈷合金基合金材料纖維的直徑為10-45μπι;轉(zhuǎn) 輪開轉(zhuǎn)前開啟轉(zhuǎn)輪水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)進(jìn)水溫度小于30°C ；然后將鐵鈷合金基合金材料纖維成束放置于有加熱裝置的底部通真空系統(tǒng)的鋼 制模具的空腔中，鐵鈷合金基合金材料纖維體積占金屬模具空腔體積的55% (50% -65% 均可，由此可控制鐵鈷合金纖維占復(fù)合材料的體積百分?jǐn)?shù)為50% -65% )，制成鐵鈷合金纖 維預(yù)制體；開啟模具加熱裝置，控制溫度為450-550°C ；鎂合金液的準(zhǔn)備鎂合金基體的各成份的重量百分含量按A1為7%，F(xiàn)e為 0.01%，Co為0.01%，Sr為0.003 %，Sm為0. 003 %，其余為Mg進(jìn)行配料；將原料在 680-720°C溫度下熔化成鎂合金液；將上述鎂合金液體澆入上述接通真空系統(tǒng)的鋼制模具內(nèi)的鐵鈷合金纖維預(yù)制體 的上面，并注滿模具，鎂合金液體在相對真空度為_20Kpa的壓力作用下滲入鐵鈷合金纖維 預(yù)制體，此時(shí)可關(guān)閉模具加熱裝置，合金在鋼制模具內(nèi)保持真空度冷卻，即冷卻凝固形成鐵 鈷合金纖維增強(qiáng)鎂合金復(fù)合材料，其中鐵鈷合金纖維占基體體積的55%。本實(shí)施例制得的鐵鈷合金纖維增強(qiáng)鎂合金復(fù)合材料的金相組織如圖1所示，圖中 可以看到在鎂合金基體和鐵鈷合金纖維界面結(jié)合良好。實(shí)施例二 鐵鈷合金纖維的各成份重量百分含量按Co為50%，V為4%，Ni為5%，Sr為 0. 09%, Sm為0. 09%, Nd為0. 2%，其余為Fe進(jìn)行配料；鎂合金基體的各成份的重量百分含量按A1為10%，F(xiàn)e為0. 05%，Co為0. 05%， Sr為0. 09 %，Sm為-0. 09 %，其余為Mg進(jìn)行配料；其制備過程同實(shí)施例一，制備過程中控制鐵鈷合金纖維占鎂合金復(fù)合材料的體積 的 50%。實(shí)施例三鐵鈷合金纖維的各成份重量百分含量按Co為47%，V為3%，Ni為3%，Sr為 0. 008 %，Sm為0. 008 %，Nd為0. 09 %，其余為Fe進(jìn)行配料；鎂合金基體的各成份的重量百分含量按A1為8%，F(xiàn)e為0. 02%，Co為0. 03%， Sr為0.01%，Sm為0.01%，其余為Mg進(jìn)行配料；其制備過程同實(shí)施例一，制備過程中控制鐵鈷合金纖維占鎂合金復(fù)合材料的體積 的 65%。實(shí)施例四(原料各成份配比不在本發(fā)明配比范圍內(nèi)的實(shí)例)鐵鈷合金纖維的各成份重量百分含量按Co為43%，V為1%，Ni為0. 5%，Sr為 0. 002 %，Sm為0. 002 %，Nd為0. 04 %，其余為Fe進(jìn)行配料；鎂合金基體的各成份的重量百分含量按A1為6%，F(xiàn)e為0. 008，Co為0. 005%, Sr為0. 002 %，Sm為0. 002 %，其余為Mg進(jìn)行配料；其制備過程同實(shí)施例一，制備過程中控制鐵鈷合金纖維占鎂合金復(fù)合材料的體積 的 60%。實(shí)施例五(原料各成份配比不在本發(fā)明配比范圍內(nèi)的實(shí)例)
鐵鈷合金纖維的各成份重量百分含量按Co為51 %，V為5，Ni為6%，Sr為 0. 01 %，Sm為0. 01 %，Nd為0. 06%，其余為Fe進(jìn)行配料；鎂合金基體的各成份的重量百分含量按A1為11 %，F(xiàn)e為0. 06%，Co為0. 065%， Sr為0. 1%, Sm為0. 1%，其余為Mg進(jìn)行配料；其制備過程同實(shí)施例一，制備過程中控制鐵鈷合金纖維占鎂合金復(fù)合材料的體積 的 55%。下表為不同成份與配比的合金性能對照表表 1 由上表可見，鎂合金中Al、Fe、Co、Sr、Sm和鐵鈷合金纖維的V、Co、Ni、Sr、Sm、Nd 含量在本申請范圍內(nèi)，復(fù)合材料具有良好的性能，如實(shí)施例一、實(shí)施例二和實(shí)施例三。鐵鈷 合金纖維的這些元素超出本申請配比范圍，脆性化合物數(shù)量多，形成網(wǎng)狀，會(huì)明顯降低鈦基 纖維力學(xué)性能。鎂合金中Fe、C0、Sr、Sm超出本申請配比范圍，鎂合金難以與鐵鈷合金纖維 進(jìn)行良好的界面結(jié)合，因此會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料性能下降，如實(shí)施例四和實(shí)施例五。
權(quán)利要求
一種鐵鈷合金纖維增強(qiáng)鎂合金復(fù)合材料，該復(fù)合材料以鎂合金為基體，在基體上分布著鐵鈷合金纖維，鐵鈷合金纖維占復(fù)合材料的體積百分?jǐn)?shù)為50％ 65％該鎂合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量Al為7％～10％，F(xiàn)e為0.01％～0.05％，Co為0.01％～0.05％，Sr為0.003％ 0.09％，Sm為0.003％ 0.09％，其余為Mg；鐵鈷合金纖維的化學(xué)成分的重量百分含量Co為45％～50％，V為2％～4％，Ni為1％～5％，Sr為0.003％ 0.09％，Sm為0.003％ 0.09％，Nd為0.05％～0.2％，其余為Fe。
2.一種鐵鈷合金纖維增強(qiáng)鎂合金復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟鐵鈷合金纖維的準(zhǔn)備按重量百分含量Co為45% 50%，V為2% 4%，Ni為 5%，Sr 為 0. 003-0. 09%, Sm 為 0. 003% -0. 09%, Nd 為 0. 05% 0. 2%，其余為 Fe 進(jìn)行配 料，將原料置入帶有加熱裝置的升液管內(nèi)熔化而形成鐵合金液，熔化溫度為1580-1600°C ； 合金液通過升液管與旋轉(zhuǎn)的水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣接觸，水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣將合金液 拽出，形成鐵鈷合金纖維，轉(zhuǎn)輪凸緣的線速度為19-24m/s，形成鐵鈷合金纖維的直徑為 10-45 μ m ；轉(zhuǎn)輪開轉(zhuǎn)前開啟轉(zhuǎn)輪水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)進(jìn)水溫度小于30°C ；然后將形成鐵鈷合金纖維成束放置于有加熱裝置的底部通真空系統(tǒng)的鋼制模具 的空腔中，制成鐵鈷合金纖維預(yù)制體，控制鐵鈷合金纖維體積占鋼制模具空腔體積的 50% -65% ；開啟模具加熱裝置，控制溫度為450-550°C ；鎂合金液的準(zhǔn)備按重量百分含量Al為7% 10%，F(xiàn)e為0.01% 0.05%，Co為 0. 01% 0. 05%, Sr 為 0. 003% -0. 09%, Sm 為 0. 00% 3-0. 09%，其余為 Mg 進(jìn)行配料，將 原料在680-720°C溫度下熔化成鎂合金液；開啟真空系統(tǒng)，控制上述鋼制模具內(nèi)的相對真空度為_20Kpa，將上述鎂合金液體澆入 上述接通真空系統(tǒng)的鋼制模具內(nèi)的鐵鈷合金纖維預(yù)制體的上面，并注滿模具，鎂合金液體 在真空壓力作用下滲入鐵鈷合金纖維預(yù)制體，關(guān)閉模具加熱裝置，在該鋼制模具內(nèi)冷卻凝 固，形成鐵鈷合金纖維增強(qiáng)鎂合金復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鐵鈷合金纖維增強(qiáng)鎂合金復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料的性能優(yōu)越，強(qiáng)度高，并且具有軟磁性能。其制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。該復(fù)合材料以鎂合金為基體，在基體上分布著鐵鈷合金纖維，鐵鈷合金纖維占復(fù)合材料的體積百分?jǐn)?shù)為50-65％該鎂合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量Al為7％～10％，F(xiàn)e為0.01％～0.05％，Co為0.01％～0.05％，Sr為0.003％-0.09％，Sm為0.003％-0.09％，其余為Mg；鐵鈷合金纖維的化學(xué)成分的重量百分含量Co為45％～50％，V為2％～4％，Ni為1％～5％，Sr為0.003％-0.09％，Sm為0.003％-0.09％，Nd為0.05％～0.2％，其余為Fe。
文檔編號C22C111/00GK101921973SQ20101022048
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者劉美玲, 王玲, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學(xué)