[發(fā)明專利]一種納米碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610775103.4
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106244893B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝世明;王昶清;王朝勇;謝敬佩;王曉飛;王愛琴;王文焱;李繼文
• 申請（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號: C22C32/00
• 分類號: C22C32/00;C22C21/00;C22C1/10
• 代理公司: 洛陽公信知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙)41120
• 代理人: 羅民健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種納米碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

航空航天技術(shù)的發(fā)展對材料性能提出了新的要求和挑戰(zhàn)，在普通的單一材料已越來越難以滿足新型機(jī)械結(jié)構(gòu)對零件性能要求的背景下，集多種材料優(yōu)點(diǎn)于一身的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于具有高比模量、高比強(qiáng)度等良好的機(jī)械性能，在航空航天儀表上面有著廣泛的應(yīng)用，其高比剛度、比強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱性、低熱膨脹系數(shù)等許多優(yōu)異特性受到了廣泛的關(guān)注，在航空、航天、汽車、電子等領(lǐng)域展示了廣闊的應(yīng)用前景，在光學(xué)精密構(gòu)件和慣性儀表上的應(yīng)用也越來越引起重視。但如何進(jìn)一步發(fā)揮復(fù)合材料的性能潛力，仍是材料科學(xué)工作者關(guān)注的問題。

其中，納米碳化硅顆粒的比表面積巨大，且顆粒之間界面相互作用強(qiáng)，這使得納米碳化硅顆粒復(fù)合材料的功能性如導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能、比模量、耐磨性均有大幅提高，納米碳化硅顆粒內(nèi)部缺陷少、表面活性高，與基體的切合強(qiáng)度高，當(dāng)其彌散分布于基體中時(shí)，能起到彌散強(qiáng)化作用，其表現(xiàn)出優(yōu)異的性能收到越來越多的關(guān)注。

納米碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在其功能性上的提高往往需要高納米碳化硅含量的顆粒。但現(xiàn)有技術(shù)中，納米碳化硅顆粒體積分?jǐn)?shù)超過10%后，鋁基復(fù)合材料的塑韌性及強(qiáng)度迅速降低，加工變得困難。如果復(fù)合材料在提高納米碳化硅體積分?jǐn)?shù)，保障其功能性的前提下，強(qiáng)度不下降且塑韌性達(dá)到一定值，那么納米碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料除了其突出的功能化特性，還可作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于關(guān)鍵受力部件，將具有更加廣泛的應(yīng)用前景。但目前市場上流通的納米碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料還不能同時(shí)兼顧良好的功能性、強(qiáng)度及塑韌性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種納米碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備方法，使得易于生產(chǎn)且兼顧功能性、強(qiáng)度及塑韌性的一種納米碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料得以實(shí)現(xiàn)。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的一種納米碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料以納米碳化硅顆粒為增強(qiáng)粒子，以鋁合金為基體，其中納米碳化硅顆粒的體積分?jǐn)?shù)為6～16%，其余為鋁合金。

本發(fā)明的制備所述一種納米碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法包括以下步驟：

步驟一：在氬氣保護(hù)下，取所述體積分?jǐn)?shù)為1～5%的納米碳化硅顆粒和95～99%的鋁合金粉進(jìn)行混合，投入密封球磨罐，將密封球磨罐抽真空后再充入氬氣，經(jīng)抽真空及充入氬氣循環(huán)2～5次，得混合料；

步驟二：將裝有步驟一制得的混合料的密封球磨罐在-20～20℃條件下進(jìn)行球磨15～25h得球磨料，且在球磨過程中每隔2h停機(jī)一次，冷卻0.5h后繼續(xù)球磨；

步驟三：將步驟二制得的球磨料裝入耐熱鋼模具，將模具放入真空熱壓燒結(jié)設(shè)備中，在抽真空后開始加熱進(jìn)行真空除氣，最后在120～150MPa壓力下預(yù)壓，使原料的致密度達(dá)到75%，得預(yù)成型件；

步驟四：將步驟三制得的預(yù)成型件放入空氣爐中，在30min內(nèi)加熱到560～600℃，在60～90MPa條件下保溫保壓2～4h后降至常壓，先緩慢降溫至500℃，再快速降溫至150℃以下，得體積分?jǐn)?shù)為1～5%的納米碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的成型件；

步驟五：將步驟四制得的成型件置于真空爐中，在18～50 Pa下，在40min內(nèi)將真空爐內(nèi)快速加熱到1410～1510℃進(jìn)行真空濃縮蒸發(fā)，保溫0.5～8h將部分鋁合金基體蒸發(fā)后冷卻至常溫即制得體積分?jǐn)?shù)為6～16%的納米碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；

步驟六：將步驟五制得的體積分?jǐn)?shù)為6～16%的納米碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在490～515℃的條件下進(jìn)行固溶處理2～3h,經(jīng)過水淬后再于170～200℃的條件下進(jìn)行時(shí)效處理8～16h，即制得最終產(chǎn)品。

優(yōu)選的，所述納米碳化硅顆粒的純度為99.9%以，其上粒徑為：40nm≤D50≤60nm；所述鋁合金粉為2024鋁合金粉，其粒徑為8～12μm。

優(yōu)選的，所述納米碳化硅顆粒通過將微米碳化硅顆粒在-20～20℃的溫度條件下，在充氬氣保護(hù)的球磨密封罐內(nèi)進(jìn)行球磨15～35h制得，所述球磨的磨球?yàn)檠趸啠デ蛑睆綖?～10mm，球料比為20：1～80：1。

優(yōu)選的，所述步驟一中抽真空后密封球磨罐內(nèi)的壓力低于1×10^-2Pa，充入氬氣后密封球磨罐內(nèi)的壓力為1×10⁵～1.5×10⁵Pa。