[發明專利]一種混雜增強鋁基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710636951.1
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107460376B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 吳樹森;李建宇;袁渡;呂書林
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C32/00;C22C1/10;C22C1/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 王世芳;李智

本發明公開了一種納米顆粒混雜增強鋁基復合材料及其制備方法，屬于鑄造金屬基復合材料領域。材料的基體為鋁或鋁合金，增強相為納米級SiC顆粒與其他納米顆粒。本發明還提供了制備以上復合材料的方法，首先，在真空或氬氣保護下，將納米SiC粉、其他一種或多種納米顆粒、微米級鋁或鋁合金粉混合制備出毫米級復合顆粒。然后，將毫米級復合顆粒壓成預制中間合金塊，再添加到鋁或鋁合金熔體中，經過精煉、除氣處理，扒去浮渣及氧化物夾雜，并施加機械攪拌和超聲振動，促進納米陶瓷顆粒在金屬熔體中的均勻分散，制備納米陶瓷顆粒混雜增強鋁基復合材料。本發明充分發揮了多相混雜增強的互補作用及優點，顯著改善了金屬基復合材料的各項性能。

技術領域

本發明屬于鑄造金屬基復合材料及其制備領域，涉及一種外加納米顆粒混雜增強鋁基復合材料及其制備方法。

背景技術

金屬基納米復合材料(Metal Matrix Nanocomposites，MMNCs)具有質量輕、比強度及比剛度高、耐磨性好等優異的性能，在航天、航空、軍事以及汽車等工業領域受到越來越廣泛的關注。一般來說，微米級的陶瓷顆粒主要用來提高材料硬度和耐磨性，但是當增強顆粒含量較高時，材料的韌性降低，這在一定程度上影響了金屬基復合材料的應用。而向基體金屬中加入少量的納米增強顆粒，不僅能顯著提高材料的強度，還可獲得較高的韌性。目前，這種納米顆粒增強型金屬基復合材料，已引起人們極大的重視，并成為金屬基復合材料近年來的研究熱點。

傳統鋁基復合材料的鑄造制備方法主要有兩種，一是外加法，即將單一增強顆粒外加到基體合金熔液中；二是原位法，即在基體合金熔液中通過原位反應生成單一的增強相來提高基體的某種性能，或得到綜合性能較好的材料。

事實上，兩種方法都存在各自的缺點，譬如：原位法反應溫度高，反應速度快、不易控制，合成的陶瓷顆粒尺寸難以控制在納米級別范圍內，并且原位法只能合成有限種類的陶瓷顆粒；而外加法的主要難點在于納米陶瓷顆粒與金屬基體的潤濕性差，納米陶瓷顆粒難以加入到金屬熔體中去，其次，納米陶瓷顆粒在金屬基體中容易團聚，導致力學性能差，從而阻礙了該方法的發展。

文獻檢索發現，申請號為200610041896.3(公開號為CN 100412216C)的中國專利申請介紹了一種高溫耐熱混雜顆粒增強鋁基復合材料及復合制備方法，制備了由原位反應生成的納米級Al₃Ti、TiB₂顆粒和液態攪拌引入的微米級SiC顆粒混雜增強鋁基復合材料，但該工藝的缺點是原位反應速度不易控制及合成的納米級顆粒尺寸較難控制，增強相的含量有限，未能很好發揮增強顆粒的增強效果及協同作用，而且清理反應鹽渣時易將SiC顆粒清理掉等。

申請號為201210543760.8(公開號為CN 103866154B)的中國專利申請介紹了一種復合材料中微納米顆粒增強相的彌散分布方法，主要是將微米級陶瓷顆粒與納米級顆粒相混合，而且增強相和基體的混合粉體用錫箔紙包裹壓入熔體中，制備出微納米顆粒增強相彌散分布的金屬基復合材料。但該方法中待錫箔紙熔化后，顆粒增強相會團聚狀往上浮，聚集表層，氧化嚴重；通過錫箔紙包裹混合粉體壓入熔體的量有限，導致自然混合時間較長。因此會使熔體長時間處在高溫下，顆粒與基體界面加劇，也會延長熔體與空氣接觸的時間，氧化反應嚴重，會導致熔體夾雜物較多。

申請號為201510345500.3(公開號為CN 104911416B)的中國專利介紹了一種TiB₂顆粒與Mg₂Si混雜增強鋁基復合材料的制備方法，其方法是原位合成，而且增強顆粒都是微米級，增強效果有限。

目前，原位自生法混雜增強鋁基復合材料研究較多，而外加顆粒混雜增強研究較少。而且，現有的方法中，存在眾多問題，難以在制備工藝和材料的最終性能間兼顧。

發明內容