[發(fā)明專利]一種原位內(nèi)生納米NbB2陶鋁復合材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN108018444B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設計）人: 邱豐;李強;董柏欣;姜啟川
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C21/00;C22C32/00;C22F1/04;C22C1/10
• 代理公司: 北京匯捷知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 李宏偉

本發(fā)明涉及了一種原位內(nèi)生納米NbB₂陶鋁復合材料的制備方法，包括以下四個步驟：(1)硼粉球磨活化預處理；(2)反應壓坯的制備；(3)納米顆粒原位反應；(4)納米顆粒的熱擠壓分散及陶鋁復合材料塑性成型；該制備方法操作簡單，內(nèi)生納米NbB₂顆粒尺寸小，尺寸分布均勻。制備出的原位內(nèi)生納米NbB₂陶鋁復合材料對于高硅鋁合金、鐵合金及鋼等合金材料的納米顆粒強化和組織細化有著重要的實際應用價值。

技術領域

本發(fā)明涉及鋁合金和陶瓷復合加工和制備領域，具體涉及一種原位內(nèi)生納米NbB₂陶鋁復合材料的制備方法。

背景技術

鋁合金作為一種應用最廣泛的輕量化材料，廣泛應用于交通工具、航空航天及軍事等制造業(yè)中，特別是汽車行業(yè)中，它具有易于成型、減小零件結(jié)構(gòu)重量等特點。近年來，由于對能源消耗和環(huán)境污染的控制越來越嚴格，因此，對材料的性能要求也逐漸提高。陶瓷顆粒增強金屬基復合材料，由于其具有比強度高、硬度高、密度低、熱穩(wěn)定性好、耐磨損性能好等特點，逐漸成為一種極具競爭力的材料。通常情況下陶瓷顆粒與鋁基體的潤濕性較差，利用常規(guī)的外加方法容易造成納米顆粒在基體中分散不均勻的情況，納米顆粒的團聚嚴重影響了復合材料的性能。因此，利用內(nèi)生法制備納米陶瓷顆粒，其中陶瓷顆粒在基體中分散均勻，較低的陶瓷顆粒含量即可獲得很好的強化效果，制備方法簡單，成本易于控制。陶瓷顆粒增強金屬基復合材料中的NbB₂作為過渡金屬硼化物，具有高熔點、高硬度、較好的耐腐蝕性以及優(yōu)異的高溫力學性能等優(yōu)點。鈮的硼化物在機械、化學以及微電子等領域具有廣泛的應用，利用它制備出的材料有耐火材料、切削用具材料、鉆頭材料以及耐磨件材料等。此外，NbB₂陶瓷顆粒強度高、比重大、密度較高，由于其比重接近于鋼，所以加入到鋼中可以避免納米顆粒因為浮力而浮在鋼熔體上部而無法較好的分散情況，從而避免了因為巨大的比重差而無法強化鐵及其合金的情況。因此，納米NbB₂陶瓷顆粒及納米NbB₂陶鋁復合材料綜合性能較好且應用廣泛，制備過程簡單方便，對于高硅鋁合金、鐵合金及鋼等的組織細化和納米顆粒強化有著重要的實際應用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種原位內(nèi)生納米NbB₂陶鋁復合材料的制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種原位內(nèi)生納米NbB₂陶鋁復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)硼粉球磨活化預處理：將硼粉放入球磨罐中，用球磨機將硼粉以200～300r/min的速度球磨活化處理1～3h；

(2)反應壓坯的制備：

(2a)稱取所需的粒度13～48μm的鋁粉、球磨處理后粒度為0.5～1μm的硼粉、粒度為48μm的鈮粉、粒度為45μm的銅粉以及粒度為45μm的鋅粉備用；

(2b)將鋁粉、鈮粉、硼粉、銅粉、鋅粉按以下幾種配比配制成100g混合粉末制成Al-Nb-B-M壓坯，其中M代表銅粉、鋅粉，Nb/B質(zhì)量比分別為4.30:1～1.72:1，摩爾比為1:2～1:5；鋁粉的含量為60～90wt.％；鈮粉含量為8.11～32.45wt.％；硼粉含量為1.89～11.03wt.％；Cu粉含量為0～5wt.％；鋅粉的含量為0～5wt.％，具體如下：

①Al-Nb-B體系中反應生成納米NbB₂陶瓷顆粒(Nb/B質(zhì)量比為4.30:1；Nb/B摩爾比為1:2)的質(zhì)量分數(shù)為10wt.％，其中，納米NbB₂陶瓷顆粒中Nb/B質(zhì)量比為4.30:1，Nb/B摩爾比為1:2；體系中鋁粉、鈮粉、硼粉、銅粉、鋅粉各自重量分別為：鋁粉：90克；鈮粉：8.11克；硼粉：1.89克；銅粉：0克；鋅粉：0克；配制成100克混合粉末；