本發(fā)明涉及一種原位制備氧化鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法，屬于金屬基復(fù)合材料的制備技術(shù)。

背景技術(shù)：
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鋁基復(fù)合材料具有密度低、強(qiáng)度硬度高、熱穩(wěn)定性好、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。陶瓷晶須具有強(qiáng)度高、硬度大、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，能在提高基體強(qiáng)度的同時(shí)更好的保持其塑性，因此是一種理想的鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)相。

目前，由于采用外加法加入一些脆性的陶瓷相增強(qiáng)，如：硼酸鎂晶須，氧化鋁顆粒等后，使鋁基復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度得到了大幅度的提升。但由于外加法得到的增強(qiáng)相與基體之間的界面不存在位向關(guān)系，界面易污染，增強(qiáng)相的增強(qiáng)作用有限。同時(shí)，對(duì)于粉末冶金工藝，通過(guò)外加法制備塊體材料的過(guò)程中，陶瓷增強(qiáng)相與基體僅為物理接觸，其界面結(jié)合力往往比較低，復(fù)合材料的性能仍有進(jìn)一步提高的潛力。

原位復(fù)合技術(shù)省去了制備前驅(qū)體的過(guò)程，簡(jiǎn)化了材料制備工藝，可有效降低材料的制備成本。在粉末冶金工藝中使用原位合成技術(shù)來(lái)添加增強(qiáng)相使增強(qiáng)相分散的更加均勻，使增強(qiáng)相與基體材料有一定的位向關(guān)系，增加界面結(jié)合強(qiáng)度，能更有效的發(fā)揮增強(qiáng)相的作用，使材料的力學(xué)性能得到更大程度的提高。利用粉末冶金工藝原位制備鋁基復(fù)合材料為新型復(fù)合材料的制備和應(yīng)用提供了新的途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種原位合成氧化鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法。該方法能夠成功原位合成鋁基復(fù)合材料，并且制備方法簡(jiǎn)單，所用原料簡(jiǎn)單，適合量產(chǎn)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的，

(1)按19～5:1的質(zhì)量比稱取鋁粉和硼酸粉末，再加入質(zhì)量百分比為1～2％的硬脂酸作為過(guò)程控制劑；將粉末放入球磨罐中，在保護(hù)氣氛下進(jìn)行球磨，得到預(yù)制粉末；

(2)將預(yù)制粉末在500～650MPa壓力下，保壓2～4min，壓制成預(yù)制塊體；

(3)將預(yù)制塊體置于爐膛中燒結(jié)：在爐膛里通入保護(hù)氣氛，將空氣排盡，在保護(hù)氣氛下以10℃/min升溫到600～750℃，保溫1～2小時(shí)進(jìn)行晶須的原位生長(zhǎng)；在保護(hù)氣氛下自然降到室溫，得到內(nèi)部原位生長(zhǎng)出氧化鋁晶須的鋁基復(fù)合材料；

(4)將得到的鋁基復(fù)合材料進(jìn)行打磨，去掉表面的氧化皮；然后將試樣放入涂有高溫有機(jī)潤(rùn)滑劑的熱擠壓模具中，在溫度500～550℃，壓力700～800MPa下進(jìn)行熱擠壓；

(5)將經(jīng)過(guò)熱擠壓處理的樣品進(jìn)行300～400℃，2～3h的去應(yīng)力退火處理，制得氧化鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

其中，在行星式球磨機(jī)上以200～400轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速、5～10:1的球料比進(jìn)行2～6小時(shí)的球磨，得到預(yù)制粉末。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：此原位制備鋁基復(fù)合材料的方法簡(jiǎn)單，所制得的材料，其力學(xué)性能有明顯提高。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1得到的最終棒材內(nèi)部生成的氧化鋁晶須SEM照片。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1得到的最終棒材腐蝕掉基體后的XRD圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1得到的最終棒材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2得到的最終棒材的斷口SEM照片。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2得到的最終棒材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

具體實(shí)施例：

本發(fā)明的技術(shù)路線如下：

(1)按19～5:1的質(zhì)量比稱取鋁粉和硼酸粉末，再加入質(zhì)量百分比為1～2％的硬脂酸作為過(guò)程控制劑。將粉末放入球磨罐中，充入氬氣作為保護(hù)氣氛，然后在行星式球磨機(jī)上以200～400轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速、5～10:1的球料比進(jìn)行2～6小時(shí)的球磨，得到預(yù)制粉末。

(2)用液壓機(jī)將混合粉末在500～650MPa壓力下，保壓2～4min，壓制成直徑20mm的圓柱體，得到預(yù)制塊體。

(3)將預(yù)制塊體置于管式爐中燒結(jié)。通入氬氣作為保護(hù)氣氛，通入流量為200～300ml/min。通入氬氣20min，將管式爐中的空氣排盡；繼續(xù)通氬氣，以10℃/min升溫到600～750℃，保溫1～2小時(shí)進(jìn)行晶須的原位生長(zhǎng)；在氬氣的保護(hù)下自然降到室溫，得到內(nèi)部原位生長(zhǎng)出氧化鋁晶須的鋁基復(fù)合材料。

(4)將得到的復(fù)合材料進(jìn)行打磨，去掉表面的氧化皮。然后將試樣放入涂有高溫有機(jī)潤(rùn)滑劑的熱擠壓模具中。在溫度500～550℃，壓力700～800MPa下進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為16:1。

(5)將得到的拉伸試樣進(jìn)行300～400℃，2～3h的去應(yīng)力退火處理，即可得到力學(xué)性能優(yōu)異的氧化鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容具體說(shuō)明如下：

實(shí)施例1

(1)取鋁粉18g、硼酸2g、硬脂酸0.2g，放入含100g不銹鋼磨球的不銹鋼球磨罐中，充入氬氣作為保護(hù)氣氛，在行星式球磨機(jī)上以400轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速球磨2小時(shí)，得到預(yù)制粉末。

(2)將預(yù)制粉末在液壓機(jī)下，以600MPa的壓力壓制成直徑20mm的圓柱體，保壓3min。

(3)將圓柱體置于氬氣保護(hù)的石英管式爐中燒結(jié)，進(jìn)行晶須的生長(zhǎng)。其中氬氣流量為200ml/min。通通入氬氣20min，將管式爐中的空氣排盡；繼續(xù)通氬氣，以10℃/min升溫到700℃，保溫1小時(shí)進(jìn)行晶須的原位生長(zhǎng)；在氬氣的保護(hù)下自然降到室溫。

(4)用砂紙將(3)所得的塊體進(jìn)行打磨，去除表面的氧化皮。然后將圓塊體置于涂有高溫有機(jī)潤(rùn)滑劑的熱擠壓模具中。在溫度530℃，壓力800MPa下進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為16:1。得到直徑為5mm的氧化鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

(5)將(4)所得的塊體進(jìn)行350℃、2小時(shí)的去應(yīng)力退火。得到最終的氧化鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料棒材。

實(shí)施例2

(1)取鋁粉19g、硼酸1g、硬脂酸0.2g，放入含100g不銹鋼磨球的不銹鋼球磨罐中，充入氬氣作為保護(hù)氣氛，在行星式球磨機(jī)上以400轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速球磨3小時(shí)，得到預(yù)制粉末。

(2)將預(yù)制粉末在液壓機(jī)下，以600MPa的壓力壓制成直徑20mm的圓柱體，保壓3min。

(3)將圓柱體置于氬氣保護(hù)的石英管式爐中燒結(jié)，進(jìn)行晶須的生長(zhǎng)。其中氬氣流量為300ml/min。通通入氬氣20min，將管式爐中的空氣排盡；繼續(xù)通氬氣，以10℃/min升溫到630℃，保溫1小時(shí)進(jìn)行晶須的原位生長(zhǎng)；在氬氣的保護(hù)下自然降到室溫。

(4)用砂紙將(3)所得的塊體進(jìn)行打磨，去除表面的氧化皮。然后將圓塊體置于涂有高溫有機(jī)潤(rùn)滑劑的熱擠壓模具中。在溫度530℃，壓力800MPa下進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為16:1。得到直徑為5mm的氧化鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

(5)將(4)所得的塊體進(jìn)行350℃、2小時(shí)的去應(yīng)力退火。得到最終的氧化鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料棒材。

實(shí)施例3

(1)取鋁粉19g、硼酸2g、硬脂酸0.2g，放入含100g不銹鋼磨球的不銹鋼球磨罐中，充入氬氣作為保護(hù)氣氛，在行星式球磨機(jī)上以400轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速球磨3小時(shí)，得到預(yù)制粉末。

(2)將預(yù)制粉末在液壓機(jī)下，以600MPa的壓力壓制成直徑20mm的圓柱體，保壓3min。

(3)將圓柱體置于氬氣保護(hù)的石英管式爐中燒結(jié)，進(jìn)行晶須的生長(zhǎng)。其中氬氣流量為300ml/min。通通入氬氣20min，將管式爐中的空氣排盡；繼續(xù)通氬氣，以10℃/min升溫到630℃，保溫1小時(shí)進(jìn)行晶須的原位生長(zhǎng)；在氬氣的保護(hù)下自然降到室溫。

(4)用砂紙將(3)所得的塊體進(jìn)行打磨，去除表面的氧化皮。然后將圓塊體置于涂有高溫有機(jī)潤(rùn)滑劑的熱擠壓模具中。在溫度530℃，壓力800MPa下進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為16:1。得到直徑為5mm的氧化鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

(5)將(4)所得的塊體進(jìn)行350℃、2小時(shí)的去應(yīng)力退火。得到最終的氧化鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料棒材。

實(shí)施例4

(1)取鋁粉18.82g、硼酸1.18g、硬脂酸0.2g，放入含200g不銹鋼磨球的不銹鋼球磨罐中，充入氬氣作為保護(hù)氣氛，在行星式球磨機(jī)上以400轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速球磨2小時(shí)，得到預(yù)制粉末。

(2)將預(yù)制粉末在液壓機(jī)下，以600MPa的壓力壓制成直徑20mm的圓柱體，保壓3min。

(3)將圓柱體置于氬氣保護(hù)的石英管式爐中燒結(jié)，進(jìn)行晶須的生長(zhǎng)。其中氬氣流量為300ml/min。通通入氬氣20min，將管式爐中的空氣排盡；繼續(xù)通氬氣，以10℃/min升溫到700℃，保溫1小時(shí)進(jìn)行晶須的原位生長(zhǎng)；在氬氣的保護(hù)下自然降到室溫。

(4)用砂紙將(3)所得的塊體進(jìn)行打磨，去除表面的氧化皮。然后將圓塊體置于涂有高溫有機(jī)潤(rùn)滑劑的熱擠壓模具中。在溫度530℃，壓力800MPa下進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為16:1。得到直徑為5mm的氧化鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

(5)將(4)所得的塊體進(jìn)行350℃、2小時(shí)的去應(yīng)力退火。得到最終的氧化鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料棒材。

實(shí)施例5

(1)取鋁粉18.82g、硼酸1.18g、硬脂酸0.2g，放入含200g不銹鋼磨球的不銹鋼球磨罐中，充入氬氣作為保護(hù)氣氛，在行星式球磨機(jī)上以400轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速球磨2小時(shí)，得到預(yù)制粉末。

(2)將預(yù)制粉末在液壓機(jī)下，以600MPa的壓力壓制成直徑20mm的圓柱體，保壓3min。

(3)將圓柱體置于氬氣保護(hù)的石英管式爐中燒結(jié)，進(jìn)行晶須的生長(zhǎng)。其中氬氣流量為300ml/min。通通入氬氣20min，將管式爐中的空氣排盡；繼續(xù)通氬氣，以10℃/min升溫到650℃，保溫1小時(shí)進(jìn)行晶須的原位生長(zhǎng)；在氬氣的保護(hù)下自然降到室溫。

(4)用砂紙將(3)所得的塊體進(jìn)行打磨，去除表面的氧化皮。然后將圓塊體置于涂有高溫有機(jī)潤(rùn)滑劑的熱擠壓模具中。在溫度530℃，壓力800MPa下進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為16:1。得到直徑為5mm的氧化鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

(5)將(4)所得的塊體進(jìn)行350℃、2小時(shí)的去應(yīng)力退火。得到最終的氧化鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料棒材。