[發(fā)明專利]一種混雜顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710568284.8
• 申請(qǐng)日: 2017-07-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107974569A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王亞平;張振亞;楊睿;秦岳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇秦龍汽車科技有限公司
• 主分類號(hào): C22C1/10
• 分類號(hào): C22C1/10;C22C21/00;C22C32/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁基復(fù)合材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種混雜顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料因輕質(zhì)高強(qiáng)、耐熱耐磨且力學(xué)性能各向同性，在航空航天、交通運(yùn)輸、電子封裝等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)的鋁基復(fù)合材料大多通過(guò)外加法制備單一顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，由于陶瓷顆粒與鋁基體相容性差，分散性困難，往往對(duì)基體合金的性能提升有限；此外，外加法工藝復(fù)雜，成本較高，阻礙了鋁基復(fù)合材料的推廣應(yīng)用。內(nèi)生混雜顆粒可以改善外加工藝的不足，同時(shí)，使各種增強(qiáng)材料不同性質(zhì)相互補(bǔ)充，產(chǎn)生混雜效應(yīng)，可進(jìn)一步提高材料的性能。

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)混雜顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的研究已有較多報(bào)道。中國(guó)專利201410298505.0基于Al-KBF₄-K₂ZrF₆體系，并向鋁熔體中通入N₂，制備出ZrB₂+AlN混雜顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。中國(guó)專利200510028210.2則基于Al-KBF₄-K₂ZrF₆體系，同樣向鋁熔體中通入N₂，制備出TiB₂+AlN混雜顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。中國(guó)專利200610088368.3利用超聲化學(xué)加速和控制原位反應(yīng)進(jìn)程，制備出納米(ZrB₂+Al₂O₃+Al₃Zr)混雜顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。從產(chǎn)業(yè)化角度來(lái)看，以上方法仍存在以下不足：1）長(zhǎng)時(shí)間高溫。無(wú)機(jī)鹽和鋁液發(fā)生反應(yīng)，一般要求熔體溫度過(guò)熱到850~900℃，反應(yīng)持續(xù)30~50min，這容易導(dǎo)致鋁液吸氣、氧化、合金元素?zé)龘p等問(wèn)題；2）污染環(huán)境。無(wú)機(jī)鹽反應(yīng)過(guò)程中釋放大量煙霧和副產(chǎn)物，往往具有較高的腐蝕性，操作環(huán)境惡劣；3）額外投入。超聲和磁場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)，需要額外采購(gòu)相關(guān)設(shè)備，使用和維護(hù)費(fèi)用較高。因此，在原有熔煉設(shè)備基礎(chǔ)上，如何高效、環(huán)保、低成本制備出鋁基納米復(fù)合材料對(duì)推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種混雜顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法。該工藝操作簡(jiǎn)單、低成本、無(wú)污染且適于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種混雜顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，采用步驟如下：

（1）將納米金剛石粉、Al粉和TiO₂粉進(jìn)行高能球磨，混勻后冷壓成預(yù)制塊；

（2）預(yù)制塊進(jìn)行燃燒反應(yīng)，獲得含TiC和Al₂O₃顆粒的中間合金；

（3）中間合金溶入鋁熔體中，經(jīng)機(jī)械攪拌后精煉、除氣、澆注，即可獲得TiC和Al₂O₃混雜顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其中Al₂O₃尺寸為0.5~1μm，TiC尺寸為100~200nm，總含量在1~3wt.%。

其中步驟（1）中預(yù)制塊的成分配比為：鋁粉質(zhì)量百分比為50~70%，金剛石粉：TiO₂粉原子比=1:1~1:0.7，金剛石粉平均尺寸為100nm，Al粉平均尺寸在50~100μm，TiO₂粉平均尺寸在20~50μm。

其中步驟（1）中球磨工藝參數(shù)為：球料比10:1~20:1，轉(zhuǎn)速400~800rpm，球磨時(shí)間12~24h；

其中步驟（1）中冷壓預(yù)制塊的密度為混合粉料理論密度的40~60%。

其中步驟（2）中預(yù)制塊的燃燒反應(yīng)在空氣中進(jìn)行，引燃方式為激光、鎢絲或高頻感應(yīng)爐中的一種。

其中步驟（3）中鋁為純鋁、Al-Si、Al-Cu等鑄造合金或1系~7系變形鋁合金，熔體溫度為720~800℃。

其中步驟（3）中機(jī)械攪動(dòng)選用石墨轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為200~400rpm，時(shí)間5~10min，隨后吹氬氣精煉、除氣5~10min。

本發(fā)明與目前已有的技術(shù)相比具有以下特點(diǎn)：1）使用納米金剛石粉作為碳源，降低預(yù)制塊引燃溫度和體系放熱，使得燃燒產(chǎn)物中TiC和Al₂O₃顆粒形狀規(guī)則，尺寸均一；2）中間合金在常規(guī)熔煉溫度即可溶入，工藝簡(jiǎn)單；3）亞微米Al₂O₃和納米TiC顆粒表面純凈，在鋁熔體中分散均勻，界面結(jié)合強(qiáng)度高。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1中中間合金的掃描電鏡照片。