一種微納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種微納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，屬于鋁基復合材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法將鋁基合金粉末和增強體粉末進行高能球磨；將球磨結(jié)束后制得的復合粉末真空干燥，過篩；將經(jīng)過干燥篩分的復合粉末采用超聲振動，控制燒結(jié)氣氛進行松散粉末的無壓燒結(jié)，制得全致密的粉末冶金鋁基復合材料坯料，坯料經(jīng)過擠壓、軋制、模鍛等熱加工后，得到所要的鋁基復合材料。該方法采用全新的活化燒結(jié)致密化工藝，將復合粉末在氣氛保護下不經(jīng)壓制直接進行超聲振動致密化燒結(jié)，制備出全致密的微納米顆粒增強鋁基復合材料坯料，制備出的鋁基復合材料增強相分布均勻，產(chǎn)品性能優(yōu)異，該法對產(chǎn)品大小及形狀無限制，成本低廉適合規(guī)?；a(chǎn)。
【專利說明】一種微納米顆粒増強鋁基復合材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁基復合材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種微納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，在航空、航天、電子、通訊、軍工等【技術(shù)領(lǐng)域】，對材料的要求日益提高，傳統(tǒng)的單一結(jié)構(gòu)材料已難以滿足輕質(zhì)量、高強度的需求，材料的復合化已成為材料發(fā)展的重要方向，鋁基復合材料具有高比強度、高比模量、良好的耐磨性、尺寸穩(wěn)定性、熱膨脹系數(shù)小等特點，因此日益受到國內(nèi)外研宄的重視。
[0003]復合制備技術(shù)是顆粒增強鋁基復合材料獲得良好復合效應，發(fā)揮基體與增強體各自性能優(yōu)勢，實現(xiàn)復合材料高性能化的關(guān)鍵。國際上圍繞影響復合質(zhì)量的增強體顆粒與基體之間界面結(jié)合、顆粒分布均勻性以及組織與缺陷的控制等關(guān)鍵共性問題開展了大量系統(tǒng)的復合制備技術(shù)專門研宄，形成了以制備高性能復合材料的粉末冶金法、低成本的攪拌鑄造法、高體分復合材料的浸滲法為代表的性能可控、強化作用顯著的復合制備方法，并在工業(yè)上根據(jù)使用需求得到了不同程度的應用。
[0004]目前，已經(jīng)有關(guān)于制備顆粒增強鋁基復合材料的專利。中國發(fā)明專利CN200910239051.9公開了一種用增強體顆粒與半固態(tài)金屬溶液混合以超聲攪拌熔鑄的方法制備鋁基復合材料。此法雖然工序簡單、所得產(chǎn)品致密，但是存在增強體顆粒易團聚或分散不均勻等缺點。專利號為CN200910244268.9的中國專利公開了一種通過粉末冶金法真空熱壓或熱等靜壓制備顆粒增強鋁基復合材料的方法。此法成本較高、致密度不高、所需設備較復雜。而通過超聲振動活化燒結(jié)松散粉末制備顆粒增強鋁基復合材料目前還未見報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種微納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明的原理是:突破了復合粉末活化燒結(jié)技術(shù)，通過采用超聲振動，控制燒結(jié)氣氛進行松散粉末的無壓燒結(jié)，即可得到全致密的粉末冶金顆粒增強鋁基復合材料。在高頻振動和氣氛的共同作用下，復合粉末表面的增強相參與反應、破裂、迀移、聚集，最終保留在合金內(nèi)部形成細小、均勻的增強相。
[0007]本發(fā)明將鋁基合金粉末和增強相粉末進行高能球磨，將球磨結(jié)束后制得的復合粉末真空干燥、過篩，采用全新的活化燒結(jié)致密化工藝，將已高能球磨、真空干燥、篩分的復合粉末在氣氛保護下不經(jīng)壓制直接進行超聲振動致密化燒結(jié)，制備出全致密的微納米顆粒增強鋁基復合材料坯料。其具體步驟如下:
[0008](I)將鋁基合金粉末和增強相粉末混合，混合后的粉末進行高能球磨，即在轉(zhuǎn)速為200r/min的行星球磨機上濕磨5_25小時，球磨介質(zhì)是丙酮；其中，銷基合金粉末的平均粒度為I?100 μ m，增強相的平均粒度為0.01?30 μ m，增強相顆粒在復合粉末中的質(zhì)量百分比為0.0l ~ 60% ；
[0009](2)將高能球磨后的制得的復合粉末放入30°C的真空干燥箱中干燥3-10小時，并將干燥后的粉末用研缽研磨，研磨后粉末的粒度與原料中鋁基合金粉末的粒度相同；
[0010](3)將經(jīng)過干燥篩分的復合粉末置于可控燒結(jié)氣氛的不銹鋼容器中，然后置于電阻爐中燒結(jié)，電阻爐升溫速度為5°C /min，升至550-650°C后，在保溫的情況下，采用頻率20KHz，額定功率IKW的超聲振動裝置，對容器中的粉體進行30min的超聲振動處理，超聲振動裝置深入粉體50mm，聲強5.0ff/cm2,處理完后繼續(xù)保溫150min，最后隨爐冷卻至室溫，制得全致密的微納米增強相均勻分布的鋁基復合材料。
[0011]其中，鋁及其合金為基體，增強相為AlN、Al203、SiC、Si3N4、TiC、TiB2、B4C、金剛石中的一種或多種，燒結(jié)氣氛為高純Ar、高純N2、H2中的一種。
[0012]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0013]該方法制備工藝簡單，可控性好，制備出的鋁基復合材料增強相分布均勻，產(chǎn)品性能優(yōu)異，該法對產(chǎn)品大小及形狀無限制，成本低廉并且適合于規(guī)?；a(chǎn)，是一種理想的制備微納米顆粒增強鋁基復合材料的方法。

【具體實施方式】
[0014]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合具體實施例進行詳細描述。
[0015]實施例1:5wt% SiC-2024鋁基復合材料的制備
[0016](I)將950g的50-75 μ m的2024鋁合金粉末和50g的0.1 μ m的SiC混合，混合后的粉末在轉(zhuǎn)速為200r/min的行星球磨機上濕磨10小時，球料比20:1，球磨介質(zhì)是丙酮；
[0017](2)將高能球磨后的制得的復合粉末放入30°C的真空干燥箱中干燥4小時，并將干燥后的粉末用研缽研磨，研磨后粉末的粒度與原料中鋁基合金粉末的粒度相同；
[0018](3)將經(jīng)過干燥篩分的復合粉末置于可控燒結(jié)氣氛的不銹鋼容器中，然后置于電阻爐中在4氣氛下燒結(jié)，電阻爐升溫速度為5°C/min，升至620°C后，在保溫的情況下，采用頻率20KHz，額定功率IKW的超聲振動裝置，對容器中的粉體進行30min的超聲振動處理，超聲振動裝置深入粉體50mm，聲強5.0ff/cm2,處理完后繼續(xù)保溫150min，最后隨爐冷卻至室溫，制得全致密的納米SiC增強相均勻分布的鋁基復合材料。
[0019]實施例2:10wt% SiC-2024鋁基復合材料的制備
[0020](I)將900g的100 μ m的2024鋁合金粉末和10g的2 μ m的SiC混合，混合后的粉末在轉(zhuǎn)速為200r/min的行星球磨機上濕磨12小時，球料比20:1，球磨介質(zhì)是丙酮；
[0021](2)將高能球磨后的制得的復合粉末放入30°C的真空干燥箱中干燥6小時，并將干燥后的粉末用研缽研磨，研磨后粉末的粒度與原料中鋁基合金粉末的粒度相同；
[0022](3)將經(jīng)過干燥篩分的復合粉末置于可控燒結(jié)氣氛的不銹鋼容器中，然后置于電阻爐中在高純Ar氣氛下燒結(jié)，電阻爐升溫速度為5°C /min，升至620°C后，在保溫的情況下，采用頻率20KHz，額定功率IKW的超聲振動裝置，對容器中的粉體進行30min的超聲振動處理，超聲振動裝置深入粉體50mm，聲強5.0W/cm2，處理完后繼續(xù)保溫150min，最后隨爐冷卻至室溫，制得全致密的SiC增強相均勻分布的鋁基復合材料。
[0023]實施例3:10wt% SiC-7075鋁基復合材料的制備
[0024](I)將900g的30 μ m的7075鋁合金粉末和10g的2 μ m的SiC混合，混合后的粉末在轉(zhuǎn)速為200r/min的行星球磨機上濕磨24小時，球料比20:1，球磨介質(zhì)是丙酮；
[0025](2)將高能球磨后的制得的復合粉末放入30°C的真空干燥箱中干燥10小時，并將干燥后的粉末用研缽研磨，研磨后粉末的粒度與原料中鋁基合金粉末的粒度相同；
[0026](3)將經(jīng)過干燥篩分的復合粉末置于可控燒結(jié)氣氛的不銹鋼容器中，然后置于電阻爐中在高純隊的氣氛下燒結(jié)，電阻爐升溫速度為5°C /min，升至570°C后，在保溫的情況下，采用頻率20KHz，額定功率IKW的超聲振動裝置，對容器中的粉體進行30min的超聲振動處理，超聲振動裝置深入粉體50mm，聲強5.0W/cm2，處理完后繼續(xù)保溫150min，最后隨爐冷卻至室溫，制得全致密的SiC增強相均勻分布的鋁基復合材料。
[0027]上述制得的全致密的粉末冶金鋁基復合材料坯料，坯料經(jīng)過擠壓、乳制、模鍛等熱加工后，產(chǎn)品綜合性能優(yōu)異，可應用于航空航天、汽車、電子以及體育等領(lǐng)域。
[0028]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種微納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于:具體步驟如下: (1)將鋁基合金粉末和增強相粉末混合，混合后的粉末進行高能球磨，即在轉(zhuǎn)速為200r/min的行星球磨機上濕磨5_25小時，球磨介質(zhì)是丙酮； (2)將高能球磨后制得的復合粉末放入30°C的真空干燥箱中干燥3-10小時，并將干燥后的粉末用研缽研磨，研磨后粉末的粒度與原料中鋁基合金粉末的粒度相同； (3)將經(jīng)過干燥研磨的復合粉末置于可控燒結(jié)氣氛的不銹鋼容器中，然后置于電阻爐中燒結(jié)，電阻爐升溫速度為5°C/min，升至550-650°C后，在保溫的情況下，采用頻率20KHz，額定功率IKW的超聲振動裝置，對容器中的粉體進行30min的超聲振動處理，超聲振動裝置深入粉體50mm，聲強5.0ff/cm2,處理完后繼續(xù)保溫150min，最后隨爐冷卻至室溫，制得全致密的微納米增強相均勻分布的鋁基復合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中鋁基合金粉末的平均粒度為I?100 μ m，增強相的平均粒度為0.01?30 μ m，增強相顆粒的在復合粉末中的質(zhì)量百分比為0.01?60%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中球磨的球料比為20:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于:所述鋁基合金，即基體為鋁及其合金；增強相為AlN、Al203、SiC、Si3N4、TiC、TiB2、B4C、金剛石中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟⑶ 中的燒結(jié)氣氛為高純Ar、高純隊或!12。
【文檔編號】C22C21/00GK104498752SQ201410677151
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月23日
【發(fā)明者】郭志猛, 葉安平, 曹慧欽, 羅驥, 陳存廣, 石韜 申請人:北京科技大學