[發(fā)明專利]一種變質(zhì)劑和碳納米材料協(xié)同制備鋁基復(fù)合材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910588143.1
• 申請(qǐng)日: 2019-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN110358943B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆洪;熊俊杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/10
• 分類號(hào): C22C1/10;C22C1/03;C22C21/04
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• 代理人: 暫無(wú)信息

一種變質(zhì)劑和碳納米材料協(xié)同制備鋁基復(fù)合材料的方法，將基體合金放入坩堝中升溫至740?750℃，熔化后分批加入Al?Sr中間塊，Sr添加量占熔體總重量0.04?0.06wt.%，并同時(shí)施加超聲，超聲探頭伸入熔體約3?5mm，超聲功率為1.4?2.8kW，頻率為20kHZ，時(shí)間為5?10min。超聲完后，將熔體升溫至770?780℃保溫30?40min。然后氬氣保護(hù)下，按不同角度向熔體中分批加入Al?C中間塊，碳加入量占熔體總重量0.5?1.0wt.%，并同時(shí)施加超聲10?15min，超聲完后，待熔體溫度降至700℃時(shí)澆注即可。本發(fā)明工藝穩(wěn)定，安全可靠，制備的材料組織細(xì)化均勻，性能得到較大提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及變質(zhì)劑和碳納米纖維協(xié)同制備Al-Si-Cu復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

Al-Si-Cu系合金的鑄造性能優(yōu)良，具有較高的比強(qiáng)度，較小的熱膨脹系數(shù)，較好的耐腐蝕性以及優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，但鑄造組織中的 α-Al 枝晶粗大，硅相呈粗大板狀或者長(zhǎng)條狀，富鐵相呈粗大長(zhǎng)針狀，這些均會(huì)導(dǎo)致其力學(xué)性能降低，極大地限制該合金的應(yīng)用。研究表明，在鋁硅合金中添加少量的變質(zhì)劑不僅能達(dá)到較好的細(xì)化和變質(zhì)效果，還具有凈化熔體和除氣的作用。因此，選用變質(zhì)元素來(lái)改善鋁硅合金的組織和性能具有重要意義。而Sr是一種長(zhǎng)效變質(zhì)劑，作為鋁硅合金變質(zhì)劑具有氧化燒損少，變質(zhì)時(shí)間長(zhǎng)，易吸收，鑄件成品率高，不會(huì)腐蝕熔煉工具和設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。所以選用Sr作為Al-Si-Cu系合金的變質(zhì)劑是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

在公開專利號(hào)為CN101871067A，名稱為：“一種鍶變質(zhì)含硅高強(qiáng)鎂合金及其制備方法”中，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中未考慮Sr變質(zhì)的合金熔體有強(qiáng)烈的吸氫傾向，熔液吸氫會(huì)造成鑄件出現(xiàn)大量析出性氫氣孔，降低鑄件表面質(zhì)量和各項(xiàng)性能，嚴(yán)重時(shí)可出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象；此外在該專利中也沒(méi)有考慮到Sr變質(zhì)的均勻性，容易產(chǎn)生偏析。

研究表明，在金屬熔體中導(dǎo)入高能超聲波，能夠產(chǎn)生聲空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)、排氣除雜效應(yīng)。聲空化效應(yīng)產(chǎn)生的瞬態(tài)高溫高壓改變了局部的均衡，減少了液面的表面張力并產(chǎn)生強(qiáng)烈的局部沖擊，可對(duì)團(tuán)聚相產(chǎn)生強(qiáng)烈擊散效果。同時(shí)，聲流效應(yīng)所產(chǎn)生的噴射和環(huán)流作用，促使了熔體中擊散的增強(qiáng)相進(jìn)一步地分開與均勻化。此外，高能超聲還可促進(jìn)晶粒的細(xì)化和熔體的除氣。

近年來(lái)，納米尺寸的增強(qiáng)相在鋁基復(fù)合材料上的應(yīng)用成為眾多科學(xué)家研究的熱點(diǎn)，碳納米管（簡(jiǎn)稱CNTs）因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及優(yōu)異的理化性能而備受青睞。CNTs作為一種納米級(jí)的一維碳材料，表現(xiàn)出了極其優(yōu)異的比強(qiáng)度和比剛度，其抗拉強(qiáng)度約為鋼的100倍，而密度卻只有鋼的1/6左右。CNTs還具有較好的韌性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，故CNTs被認(rèn)為是一種理想的鋁基復(fù)合材料增強(qiáng)相。

在公開號(hào)為CN101565782A，名稱為：“一種添加碳納米管到金屬熔體中的方法”中，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將碳納米管、金屬粉末和硬脂酸進(jìn)行球磨，球磨過(guò)程中會(huì)對(duì)碳納米管造成不同程度的損害；另外，當(dāng)把粘結(jié)劑硬脂酸加入到高溫熔液時(shí)會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈燃燒，存在安全隱患。

在公開號(hào)CN101376932，名稱為“碳納米管增強(qiáng)鎂、鋁基復(fù)合材料及其制備方法”中，采用粉末加熱后混合流變成形方法制備碳納米管增強(qiáng)鎂、鋁基復(fù)合材料。該方法的缺陷是，在流變條件下碳納米管很容易發(fā)生團(tuán)聚，這將在一定程度上降低材料的力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種變質(zhì)劑和碳納米材料協(xié)同增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明所述的一種變質(zhì)劑和碳納米材料協(xié)同制備鋁基復(fù)合材料的方法，包括以下步驟。