[發明專利]一種鋁基納米復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810669208.0
• 申請日: 2018-06-26
• 公開（公告）號: CN108746625A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 蔡志勇;王日初;彭超群;馮艷
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115;B22F3/15;C22C1/05;C22C1/04;C22C21/02;C22C32/00;C22C21/00;C22C21/10;C22C21/16
• 代理公司: 廣州駿思知識產權代理有限公司 44425
• 代理人: 潘雯瑛

本發明涉及一種鋁基納米復合材料的制備方法，采用原位自生法在鋁熔體中生成增強體顆粒，添加合金元素之后制得鋁基納米復合材料熔體；將所述鋁基納米復合材料熔體采用快速凝固噴射沉積技術制得鋁基納米復合材料錠坯；然后通過熱等靜壓工藝對所述鋁基納米復合材料錠坯進行致密化處理，錠坯經過熱處理制得鋁基納米復合材料。通過本發明制得的鋁基納米復合材料具有增強體成分均勻、基體晶粒細小、界面結合強度高的特征，可應用于航空航天、交通運輸、電子器件、體育產業等領域；同時原位自生與快速凝固一體化成形，實現鋁基納米復合材料材料的高效制造，適合工業化生產。

技術領域

本發明涉及金屬基復合材料領域，特別是涉及一種鋁基納米復合材料的制備方法。

背景技術

隨著國家空天技術、電子通訊和交通運輸領域等對高性能材料的需求急速提升，具有各種優異綜合性能的金屬基復合材料得到迅猛發展。陶瓷顆粒增強鋁基復合材料兼有金屬的可塑性和強韌性及增強體的高強度、高剛度的優點，具有輕質、比強度高、比模量高、優良的耐磨性和高溫性能，并且其豐富的原材料能克服纖維增強復合材料長纖維價格昂貴、制備工藝復雜、纖維損壞、界面結合強度差等缺點，為其研究開發及大規模應用奠定基礎。

金屬基復合材料中增強體的引入方式包括外加法和原位合成法，與傳統外加法相比，原位自生法具有熱力學穩定性好、與基體界面結合其強度高以及分布更加均勻等優勢，因此得到的復合材料綜合性能更佳。以TiB₂為增強體的鋁基復合材料比強度高、耐磨性能好、可加工性能好、界面結合穩定，并且在滿足特定位相關系時，TiB₂顆粒可作為鋁基體的有效形核基地，起到細化鋁基體晶粒的作用。根據Orowan強化機制和Hall-Petch細晶強化機制，當增強體顆粒尺寸達到納米級時，鋁基復合材料的理論強度可達1GPa。

原位自生TiB₂增強鋁基復合材料具有明顯的性能優勢及良好的應用前景，但是由于原位自生的TiB₂顆粒為微納尺度，顆粒表面較大的表面能使材料中增強體顆粒發生明顯的團聚現象，這種顆粒分布不均勻現象將削弱增強體對復合材料的強化作用；并且基體成分以及制備工藝等對原位自生TiB₂顆粒的形狀、尺寸及分布影響較大。在顆粒尖銳棱角處產生應力集中將在材料服役過程中降低材料的使用壽命；若顆粒表面圓滑，與基體接觸處為鈍角，顆粒周圍的應力則分布均勻，可避免因局部應力過大而引起的失效。因此需對增強體顆粒的分布、形狀以及尺寸進行有效控制才能達到最佳的強化作用。

快速凝固技術可以顯著細化合金組織、減小成分偏析、擴展合金元素在基體的極限固溶度、形成亞穩相，是制備高性能材料有效方法之一。納米金屬基復合材料的原位生成與快速凝固成形是將納米復合材料和快速凝固的優勢相結合，其工藝和材料研究在國際上尚處于初期階段。采用該方法有望解決金屬基復合材料中顆粒尺寸、分布均勻性和界面潤濕性的突出問題，尤其是顆粒的分布均勻性。

噴射沉積是一種先進的快速凝固技術，具有工藝流程短、高沉積效率、近終成形等優點。通過噴射沉積過程中熔體霧化與沉積可以使增強體分布均勻，并且可獲得組織細小、偏析程度低和固溶度高的快速凝固組織，具有比傳統鑄造方法更優異的性能。

發明內容

基于此，本發明的目的在于，提供一種鋁基納米復合材料的制備方法，克服增強顆粒的尺寸和分布控制難題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種鋁基納米復合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1：采用原位自生法在鋁熔體中生成增強體，增加合金元素之后，制得鋁基納米復合材料熔體；

S2：所述鋁基納米復合材料熔體采用快速凝固噴射沉積技術，制得鋁基納米復合材料錠坯；

S3：采用熱等靜壓工藝對所述鋁基納米復合材料錠坯進行致密化處理，再對致密化處理后的鋁基納米復合材料錠坯進行熱處理，制得鋁基納米復合材料。