一種納米氧化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料制備領(lǐng)域，特別涉及鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半固態(tài)合金在成形過(guò)程中充型平穩(wěn)，產(chǎn)生的熱應(yīng)力低，縮孔、縮松缺陷少，凈近成形。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度、比剛度高、高耐磨性等許多優(yōu)點(diǎn)。氧化鋁(Al2O3)因其具有良好的物理化學(xué)，機(jī)械及熱性能，是理想的增強(qiáng)相，為廣大學(xué)者所關(guān)注。微米顆?？梢愿纳苹w的屈服強(qiáng)度及極限抗壓強(qiáng)度，但使基體的延展性變差。納米顆粒能在保持較低含量下明顯提高基體的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗磨性及高溫蠕變性，因而逐漸受到重視。但是通過(guò)傳統(tǒng)的工藝制備納米復(fù)合材料存在納米顆粒易團(tuán)聚、含量不高、工藝復(fù)雜、成型受限等問(wèn)題，這將阻礙其進(jìn)一步的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種納米氧化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料的制備方法。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0005]本發(fā)明所述的制備方法為:首先將納米氧化鋁在無(wú)水乙醇中超聲處理20?25min，靜置、去除無(wú)水乙醇，150?200°C干燥、550?600°C煅燒3?4h。煅燒后的納米氧化鋁加入鎂粉球磨30?60min，其中納米氧化鋁與鎂粉的質(zhì)量比為1:7?5:3，球磨速度為100?150rpm ;將鋁合金放入粘土坩鍋內(nèi)加熱、熔化，在溫度700?800°C時(shí)，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金熔體的0.5?2.5wt.%的量，將上述納米氧化鋁與鎂粉的混合粉末加入到鋁合金熔體中，加入速度為0.2?0.3g/min，在加入過(guò)程中引入高能超聲波到鋁合金熔體中，超聲頻率5?ΙΟΚΗζ、功率1000W，之后繼續(xù)超聲處理5?20min，超聲頻率20KHz，功率800?1000W ;將熔體澆入經(jīng)600?650°C預(yù)熱處理的坩禍內(nèi)，將溫度控制在700?720°C，施加超聲處理，超聲頻率20KHz、功率600?1000W。在此超聲過(guò)程中，以5?15°C /min的冷卻速度使合金熔體冷卻至半固態(tài)溫度區(qū)間；即可獲得納米氧化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料。
[0006]本發(fā)明所述的納米氧化鋁、鋁及鎂的顆粒尺寸優(yōu)選值為納米氧化鋁30?lOOnm，鎂粉58?75ym。
[0007]超聲處理因其產(chǎn)生的空化、聲流作用可以使顆粒均勻分布在熔體中。超聲頻率的不同，可以獲得不同的振幅。鎂的加入可以消耗納米顆粒表面的氣體層，或者直接跟氧化鋁反應(yīng)生成與基體材料有良好晶格關(guān)系的尖晶石，可以大大改善納米顆粒與熔體的潤(rùn)濕性，有利于改善納米顆粒在恪體中的分布，化學(xué)反應(yīng)如下:2Mg + O2=MgO, 3Mg + 4A1203 =3MgAl204 + 2A1 ο
[0008]本發(fā)明得到的鋁基納米復(fù)合材料組織中初生α-Al相細(xì)小且分布均勻，納米氧化鋁顆粒分布均勻，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象。此工藝成本低、簡(jiǎn)單；安全可靠；操作方便。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明制備的半固態(tài)7075鋁基納米復(fù)合材料漿料的顯微組織。
【具體實(shí)施方式】
[0010]本發(fā)明將通過(guò)以下實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011]實(shí)施例1。
[0012]首先將納米氧化鋁(10nm)在無(wú)水乙醇中超聲處理20min，靜置、去除無(wú)水乙醇，150?200°C干燥、550°C煅燒3h。煅燒后的納米氧化鋁加入鎂粉(75 ym)球磨30min，其中納米氧化鋁與鎂粉的質(zhì)量比為1: 7，球磨速度為10rpm ;將A356鋁合金放入坩鍋內(nèi)加熱、熔化，在溫度700°C時(shí)，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金熔體的0.5wt.%的量，將上述納米氧化鋁與鎂粉的混合粉末加入到鋁合金熔體中，加入速度為0.2g/min，在加入過(guò)程中引入高能超聲波到鋁合金熔體中，超聲頻率ΙΟΚΗζ、功率1000W，之后繼續(xù)超聲處理5min，超聲頻率20KHz，功率1000W ;將熔體澆入經(jīng)600°C預(yù)熱處理的坩禍內(nèi)，將溫度控制在700°C，施加超聲處理，超聲頻率20KHz、功率600W，在此超聲過(guò)程中，以5°C /min的冷卻速度使合金熔體冷卻至605°C ;即可獲得納米氧化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料。
[0013]實(shí)施例2。
[0014]首先將納米氧化鋁(10nm)在無(wú)水乙醇中超聲處理20min，靜置、去除無(wú)水乙醇，200°C干燥、550°C煅燒3h。煅燒后的納米氧化鋁加入鎂粉(75 ym)球磨60min，其中納米氧化鋁與鎂粉的質(zhì)量比為1:1，球磨速度為10rpm ;將7075鋁合金放入坩鍋內(nèi)加熱、熔化，在溫度700°C時(shí)，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金熔體的1.5wt.%的量，將上述納米氧化鋁與鎂粉的混合粉末加入到鋁合金熔體中，加入速度為0.2g/min，在加入過(guò)程中引入高能超聲波到鋁合金熔體中，超聲頻率ΙΟΚΗζ、功率1000W，而后繼續(xù)超聲處理lOmin，超聲頻率20KHz，功率1000W ;將熔體澆入經(jīng)650°C預(yù)熱處理的坩禍內(nèi)，將溫度控制在700°C，施加超聲處理，超聲頻率20KHz、功率600W，在此超聲過(guò)程中，以5°C /min的冷卻速度使合金熔體冷卻至638°C ;即可獲得納米氧化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料。
[0015]實(shí)施例3。
[0016]首先將納米氧化鋁(30nm)在無(wú)水乙醇中超聲處理25min，靜置、去除無(wú)水乙醇，200°C干燥、550°C煅燒4h。煅燒后的納米氧化鋁加入鎂(58 ym)球磨60min，其中納米氧化鋁與鎂粉的質(zhì)量比為3:7，球磨速度為10rpm;將2017鋁合金放入坩鍋內(nèi)加熱、熔化，在溫度800°C時(shí)，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金熔體的1.5wt.%的量，將上述納米氧化鋁與鎂粉的混合粉末加入到鋁合金熔體中，加入速度為0.3g/min，在加入過(guò)程中引入高能超聲波到鋁合金熔體中，超聲頻率8KHz、功率1000W，而后繼續(xù)超聲處理lOmin，超聲頻率20KHz，功率800W ;將熔體澆入經(jīng)600°C預(yù)熱處理的坩禍內(nèi)，將溫度控制在720 V，施加超聲處理，超聲頻率20KHz、功率800W。在此超聲過(guò)程中，以10°C /min的冷卻速度使合金熔體冷卻至645°C;即可獲得納米氧化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料。
[0017]附圖1為實(shí)施例2條件下獲得的的半固態(tài)7075鋁基納米復(fù)合材料組織，圖中可見(jiàn)，所獲得的鋁基復(fù)合材料組織中沒(méi)有粗大的樹(shù)枝初生晶出現(xiàn)，初生α-ΑΙ相被超聲空化效應(yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊力擊碎，明顯細(xì)化。超聲空化、聲流及鎂的反應(yīng)潤(rùn)濕作用使得納米氧化鋁粉末在熔體中均勻分布。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米氧化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料的制備方法，其特征是首先將納米氧化鋁在無(wú)水乙醇中超聲處理20?25min，靜置、去除無(wú)水乙醇，150?200°C干燥、550?600°C煅燒3?4h，煅燒后的納米氧化鋁加入鎂粉球磨30?60min，其中納米氧化鋁與鎂粉的質(zhì)量比為1:7?5:3，球磨速度為100?150rpm ;將鋁合金放入粘土坩鍋內(nèi)加熱、熔化，在溫度700?800°C時(shí)，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金熔體的0.5?2.5wt.%的量，將上述納米氧化鋁與鎂粉的混合粉末加入到鋁合金熔體中，加入速度為0.2?0.3g/min，在加入過(guò)程中引入高能超聲波到鋁合金熔體中，超聲頻率5?1KHz、功率1000W，之后繼續(xù)超聲處理5?20min，超聲頻率20KHz，功率800?1000W ;將熔體澆入經(jīng)600?650°C預(yù)熱處理的坩禍內(nèi)，將溫度控制在700?720°C，施加超聲處理，超聲頻率20KHz、功率600?1000W，在此超聲過(guò)程中，以5?15°C /min的冷卻速度使合金熔體冷卻至半固態(tài)溫度區(qū)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米氧化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料的制備方法，其特征是所述的納米氧化鋁、鎂粉的顆粒尺寸為納米氧化鋁30?lOOnm，鎂粉58?75 μπι。
【專利摘要】一種納米氧化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料的制備方法，首先將納米氧化鋁無(wú)水乙醇中超聲20～25min，去除無(wú)水乙醇，干燥、550～600℃煅燒3～4h，按1:7～5:3質(zhì)量比加入鎂粉100～150rpm球磨30～60min；將鋁合金放入粘土坩鍋內(nèi)熔化，700～800℃時(shí)，按納米氧化鋁為鋁合金熔體0.5～2.5wt.%的量，將上述混合粉末按0.2～0.3g/min加入到鋁合金熔體中，同時(shí)5～10KHz、1000W高能超聲，之后20KHz，800～1000W繼續(xù)超聲5～20min；將熔體澆入600～650℃的坩堝內(nèi)，溫度控制在700～720℃，施加20KHz、600～1000W超聲處理，并以5～15℃/min的冷卻速度使合金熔體冷卻至半固態(tài)溫度區(qū)間。本發(fā)明得到的鋁基納米復(fù)合材料組織中初生ɑ-Al相細(xì)小且分布均勻，納米氧化鋁顆粒分布均勻，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，工藝成本低、簡(jiǎn)單；安全可靠；操作方便。
【IPC分類】C22C1-02, C22C21-00, C22C1-10
【公開(kāi)號(hào)】CN104532033
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410812896
【發(fā)明人】閆洪, 陳小會(huì)
【申請(qǐng)人】南昌大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月24日