[發明專利]一種納米碳化硅增強鋁基復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210517375.6
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN103045914A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 顧冬冬;王泓喬;戴東華;張國全
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C32/00;C22C1/05;B22F3/105
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及顆粒增強鋁基復合材料技術領域；特別涉及一種納米顆粒增強鋁基復合材料的制備工藝。

背景技術

顆粒增強鋁基復合材料由于具有優良的高溫力學性能、低的熱膨脹系數和優良的耐磨性且制備工藝簡單，增強體成本低廉等優點，該類材料已經在航空航天、汽車及微電子等領域獲得規模應用，逐漸成為鋁基復合材料的研究重點。SiC顆粒增強的鋁基復合材料由于比強度及比剛度高、耐疲勞、密度小以及尺寸穩定性好等優點，成為理想的、最有前途的結構材料，目前已被廣泛應用于航空航天、汽車等工業領域。長期以來，SiC顆粒增強鋁基復合材料所選用的增強顆粒的尺寸范圍主要處于幾微米到幾十微米之間，而顆粒尺寸的大小對鋁基復合材料的失效形式、強度和延展性有重要的影響。研究表明，降低增強體的顆粒尺寸達到納米級可以有效提高金屬基復合材料的機械性能，如提高強度和減少裂紋。為了得到具有理想性能的納米復合材料，作為增強體的納米顆粒必須均勻地分布于基體材料中。可是，由于納米顆粒一般具有極大的比表面積，使其團聚驅動力提高，則這種納米級尺寸顆粒均勻地分布于基體中是很難獲得的。

目前，制備納米SiC增強鋁基復合材料的主要方法有高能球磨法、液氮球磨法、高壓法和塊體分散法等。這些方法都是先通過球磨制備復合粉末，再采用熱等靜壓、冷等靜壓和熱擠壓等方式制備出塊體鋁基納米復合材料。此類方法雖然工藝簡單，產量較高，并能制備出致密度較高的納米復合材料，但隨之產生的下列問題將顯著影響材料組織及性能：（1）顆粒團聚。納米顆粒分散性差，極易團聚，致成形材料中納米陶瓷增強顆粒分布不均，組織均勻性差。（2）晶粒粗化。即便設法改善納米顆粒分散均勻性，但因其比表面積大、活性強，在高溫加工實現粉末致密化的同時，納米增強相自身的晶粒極易長大粗化，致使其失去預期的納米結構。雖經材料及工藝優化，但并不能行之有效的解決上述問題。因此，設法解決以上問題對于制備性能優異的鋁基納米復合材料具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米SiC增強鋁基復合材料的制備方法，該方法可以有效的避免利用高能球磨、液氮球磨、高壓法等方法制備鋁基納米復合材料時出現的納米顆粒易團聚，晶粒易粗化，無法發揮其納米效應的難題，制備出顯微組織均勻鋁基納米復合材料。

本發明為了實現其技術目的所采用的技術方案是：采用高能球磨與選區激光熔化（Selective?Laser?Melting，SLM）相結合的方法，通過控制SLM工藝來獲得所需材料。

實現本發明的具體步驟如下：

1?選用純度99.9%以上，粒度為40nm-60nm的SiC粉末；純度為99.9%以上，粒度為15μm-30μm的AlSi10Mg粉末。

2將上述粉末混合，其中SiC粉末重量占混合后粉末總量的3%-10%。

3將混合后的粉末置于行星式高能球磨機中球磨，以便使SiC顆粒以納米形態分布與AlSi10Mg合金基體中，同時細化復合粉末。具體球磨工藝可以采用現有常規方法，如：球磨時以不銹鋼球作為球磨介質，球料比為10:1-15:1；采用氬氣保護，以防氧化；球磨機轉速為250?r/min?-300r/min，球磨時間為4h-6h；球磨時加入3?wt%-5wt%的硬脂酸（C₁₈H₃₆O₂，分析純，白色顆粒狀）作為過程控制劑（PCA）；球磨過程采用球磨20min-30?min，空氣冷卻10min-15min的方式進行。

4?將球磨制取的粉末用于SLM成形。SLM過程中，鋪粉裝置將粉末均勻鋪放在成形缸基板上，激光束根據計算機設計的CAD模形逐行掃描粉層，進而形成零件的水平方向上的二維截面，接下來成形缸活塞下降粉層厚度的距離，供粉缸活塞以相同的距離上升，鋪粉裝置再次鋪粉，激光束根據零件的第二層CAD信息掃描粉末；其中每次鋪粉厚度為50μm-70μm，光斑直徑為180μm?-200μm，掃描間距為130μm-150μm，激光功率為125W-175W，掃描速率為100mm/s-300mm/s。

5?重復上述步驟4，直至三維塊體試樣加工完畢。