[發明專利]一種微納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410677151.0
• 申請日: 2014-11-23
• 公開（公告）號: CN104498752A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 郭志猛;葉安平;曹慧欽;羅驥;陳存廣;石韜
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C21/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明涉及鋁基復合材料制備技術領域，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

近年來，隨著科學技術的發展，在航空、航天、電子、通訊、軍工等技術領域，對材料的要求日益提高，傳統的單一結構材料已難以滿足輕質量、高強度的需求，材料的復合化已成為材料發展的重要方向，鋁基復合材料具有高比強度、高比模量、良好的耐磨性、尺寸穩定性、熱膨脹系數小等特點，因此日益受到國內外研究的重視。

復合制備技術是顆粒增強鋁基復合材料獲得良好復合效應，發揮基體與增強體各自性能優勢，實現復合材料高性能化的關鍵。國際上圍繞影響復合質量的增強體顆粒與基體之間界面結合、顆粒分布均勻性以及組織與缺陷的控制等關鍵共性問題開展了大量系統的復合制備技術專門研究，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，并在工業上根據使用需求得到了不同程度的應用。

目前，已經有關于制備顆粒增強鋁基復合材料的專利。中國發明專利CN200910239051.9公開了一種用增強體顆粒與半固態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松散粉末制備顆粒增強鋁基復合材料目前還未見報道。

發明內容

本發明要解決的技術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。

本發明的原理是：突破了復合粉末活化燒結技術，通過采用超聲振動，控制燒結氣氛進行松散粉末的無壓燒結，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、遷移、聚集，最終保留在合金內部形成細小、均勻的增強相。

本發明將鋁基合金粉末和增強相粉末進行高能球磨，將球磨結束后制得的復合粉末真空干燥、過篩，采用全新的活化燒結致密化工藝，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壓制直接進行超聲振動致密化燒結，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：

(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，即在轉速為200r/min的行星球磨機上濕磨5-25小時，球磨介質是丙酮；其中，鋁基合金粉末的平均粒度為1～100μm，增強相的平均粒度為0.01～30μm，增強相顆粒在復合粉末中的質量百分比為0.01～60％；

(2)將高能球磨后的制得的復合粉末放入30℃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)將經過干燥篩分的復合粉末置于可控燒結氣氛的不銹鋼容器中，然后置于電阻爐中燒結，電阻爐升溫速度為5℃/min，升至550-650℃后，在保溫的情況下，采用頻率20KHz，額定功率1KW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。

其中，鋁及其合金為基體，增強相為AlN、Al₂O₃、SiC、Si₃N₄、TiC、TiB₂、B₄C、金剛石中的一種或多種，燒結氣氛為高純Ar、高純N₂、H₂中的一種。

本發明的上述技術方案的有益效果如下：

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，產品性能優異，該法對產品大小及形狀無限制，成本低廉并且適合于規?；a，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

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合具體實施例進行詳細描述。

實施例1：5wt％SiC-2024鋁基復合材料的制備