[發(fā)明專利]一種非晶合金增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610171752.3
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN105803236B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王艷;張嵐翔;左敏;王同洋
• 申請（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C21/00
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所37218
• 代理人: 賈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非晶合金增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料及其制備方法，屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐磨性及尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)異的性能。作為一種新型的結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、汽車、通信行業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，還可以作為高級涂料的添加劑。然而，由于顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料塑形和韌性較差，這限制了其在結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用。如何提高其塑形和韌性，一直是研究者追求的目標(biāo)。

顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由顆粒增強(qiáng)體和基體構(gòu)成，目前所廣泛應(yīng)用的增強(qiáng)體材料有SiC、Al₂O₃等，因?yàn)樗鼈兠芏鹊停瑥椥阅Ａ扛摺Ｈ欢@些顆粒作為增強(qiáng)體有很多缺點(diǎn)，例如基體與增強(qiáng)體的界面會發(fā)生不良的界面反應(yīng)，使界面會出現(xiàn)剝離問題，并且會造成復(fù)合材料的致密度、以及力學(xué)性能等出現(xiàn)下降趨勢。

與陶瓷顆粒相比，非晶合金具有高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐腐蝕性，與基體材料會形成良好的界面，界面結(jié)合力也會增強(qiáng)，避免了上述界面結(jié)合不良好的情況。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提供了一種非晶合金增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，所述復(fù)合材料以鋁基非晶合金為增強(qiáng)體，以鋁合金為基體，增強(qiáng)體分散均勻，與基體界面結(jié)合強(qiáng)度高，界面狀態(tài)好，復(fù)合材料的致密度和硬度高。

本發(fā)明還提供了上述非晶合金增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料的制備方法，該方法操作簡單，工藝溫度較低，由于制備的Al 基非晶合金晶化溫度高于1200K，具有極佳的熱穩(wěn)定性，故在燒結(jié)過程中仍以穩(wěn)定非晶相存在，增強(qiáng)體與基體界面結(jié)合狀態(tài)好。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種非晶合金增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，該復(fù)合材料以鋁基非晶合金為增強(qiáng)體，以鋁合金為基體，鋁基非晶合金均勻的分散在鋁合金中。

上述復(fù)合材料中，鋁基非晶合金所占的體積分?jǐn)?shù)為5%~40%，鋁合金所占的體積分?jǐn)?shù)為60%~95%。

上述復(fù)合材料中，所述鋁基非晶合金優(yōu)先選用AlFe系非晶合金。非晶狀態(tài)的合金比晶化狀態(tài)的合金能夠?qū)?fù)合材料的性能起到更好的增強(qiáng)作用。本發(fā)明的AlFe非晶合金初始晶化溫度高（>1200K），熱穩(wěn)定性好，在燒結(jié)過程中不會發(fā)生晶化。

上述AlFe非晶合金中，Al與Fe的原子百分比為70~85:15~30，例如Al₈₅Fe₁₅非晶合金、Al₇₀Fe₃₀非晶合金。

上述復(fù)合材料中，所述鋁合金可以選用牌號為2XXX系列或6XXX系列的鋁合金。2XXX系列是以銅為主要合金元素的鋁合金，6XXX系列是以鎂為主要合金元素并以Mg₂Si相為強(qiáng)化相的鋁合金。

本發(fā)明復(fù)合材料由鋁基非晶合金與鋁合金構(gòu)成，因?yàn)殇X合金性能的差異，所得復(fù)合材料的性能有一定差異。因?yàn)樵鰪?qiáng)體也是以鋁為主元素，與鋁基體間更易于結(jié)合，增強(qiáng)體和基體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度高，界面狀態(tài)好，不易彼此脫離。

本發(fā)明復(fù)合材料中，鋁基非晶合金以顆粒狀態(tài)分散在基體中，顆粒分布均勻，沒有團(tuán)聚現(xiàn)象，所得復(fù)合材料致密度和硬度大大提高。此外，增強(qiáng)體和基體結(jié)合良好，復(fù)合材料的強(qiáng)度、硬度提高。

本發(fā)明還提供了該非晶合金增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料的制備方法，該方法先制得鋁基非晶合金粉末，再將鋁基非晶合金粉末和鋁合金粉末混合球磨制得混合物料，最后將混合物料真空熱壓燒結(jié)成型，即得。

本發(fā)明制備方法，具體包括以下步驟：

(1)制備鋁基非晶合金粉末：將Al粉和Fe粉混合，加入球磨罐中，在惰性氣體和保護(hù)劑的保護(hù)下進(jìn)行機(jī)械合金化，球磨時的轉(zhuǎn)速≧300rpm，直至得到鋁基非晶合金粉末；

（2）混粉：將鋁基非晶合金粉末和鋁合金粉末裝進(jìn)球磨罐中并密封，在≧200rpm的轉(zhuǎn)速下球磨10-15h，得到混合物料；

（3）真空熱壓燒結(jié)：將混合物料先在723K~823K下保溫15~20min，然后升溫到823K~873K，加壓至5~10MPa，保溫25~30min，得非晶合金增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。

本發(fā)明方法中，所得鋁基非晶合金粉末為AlFe非晶合金粉末，Al與Fe的原子百分比優(yōu)選為70~85:15~30，其熱穩(wěn)定性良好，初始晶化溫度高，在后續(xù)的燒結(jié)溫度范圍內(nèi)能很好的保持非晶特性，和鋁合金基體的界面能夠非常好的結(jié)合。

上述步驟（1）中，Al粉和Fe粉的純度≧99.9wt.%。

上述步驟（1）中，機(jī)械合金化在惰性氣體和保護(hù)劑保護(hù)下進(jìn)行，防止合金氧化。