[發明專利]原位合成納米MgO增強鋁合金基復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201910839922.4
• 申請日: 2019-09-06
• 公開（公告）號: CN110541083A
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 趙乃勤;賈龍江;何春年;師春生;何芳;沙軍威;李群英
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C21/10;C22C32/00
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 程毓英<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種原位合成納米MgO增強鋁合金基復合材料的制備方法，包括下列步驟：(1)配制混合粉末:按照摩爾比為1:(1.9?2.1)的摩爾比稱取氧化鋅和鎂粉，按照氧化鋅和鎂粉混合物的質量比鋁粉質量小于10％的配比稱取鋁粉，制得三者的混合粉末；(2)對混合粉末進行球磨處理:將混合粉末裝入球磨罐中，在氬氣保護下對混合粉末進行球磨處理，得到球磨后的粉末，球磨參數：球料比5:1～15:1，轉速400r/min，球磨時間6小時以上；(3)燒結成型。

技術領域

本發明涉及到一種利用粉末冶金工藝原位合成納米MgO增強鋁合金基復合材料的方法，屬于金屬基復合材料制備技術領域。

背景技術

鋁合金基復合材料具有輕質高強，抗腐蝕性能好以及電導率高等優點，在各個領域都有著廣泛的應用。其按照增強相進行分類，大致上可以分為連續增強和不連續增強，其中不連續增強相又包括陶瓷顆粒，晶須以及短纖維等。目前，顆粒增強鋁合金基復合材料由于具有各向同性、制備方法簡單等優點，受到廣泛關注并應用到很多領域。但是由于陶瓷顆粒開裂，團聚以及和基體熱膨脹系數差異大等缺點限制了其發展。采用原位的方法引入增強相則可以有效克服以上缺點，有利于綜合力學性能較好的鋁合金基復合材料。

以鎂作還原劑，金屬氧化物作為氧化劑，通過氧化還原反應可以在鋁基體中通過原位反應一步獲得金屬間化合物及氧化鎂。金屬間化合物不僅具有較高的強度，同時與鋁基體界面結合強度較高，而生成的氧化鎂也可以作為鋁基復合材料中的增強相。但由于引發反應的能壘較高，因此以往科研工作者經常采用鑄造的方式實現該原位反應。但是鑄造過程中，由于反應比較劇烈，常會發生熱爆，導致實驗過程具有較高的危險。因此需要開發一種新的反應方式。

發明內容

本發明的目的在于提供一種通過原位合成方式制備MgO增強鋁合金基復合材料的方法。本發明采用球磨混粉的方式，將鋁粉、鎂粉以及氧化鋅粉末混合均勻，通過粉末冶金的方法經過半液態燒結，原位合成納米MgO增強鋁合金基復合材料，能夠有效克服鑄造法中增強相晶界偏析、分布不均勻的缺點。粉末冶金的方法不僅降低了反應的溫度，同時也可用于大批量生產，具有高的工業應用前景。技術方案如下：

一種原位合成納米MgO增強鋁合金基復合材料的制備方法，包括下列步驟：

(1)配制混合粉末

按照摩爾比為1:(1.9-2.1)的摩爾比稱取氧化鋅和鎂粉，按照氧化鋅和鎂粉混合物的質量比鋁粉質量小于10％的配比稱取鋁粉，制得三者的混合粉末；

(2)對混合粉末進行球磨處理

將混合粉末裝入球磨罐中，在氬氣保護下對混合粉末進行球磨處理，得到球磨后的粉末，球磨參數：球料比5:1～15:1，轉速400r/min，球磨時間6小時以上；

(3)燒結成型

將步驟(2)中所得球磨后的粉末放入模具中依次進行冷壓成型，高溫燒結和熱積壓，制備得到MgO增強鋁合金基復合材料。

優選地，燒結成型的工藝參數為：冷壓壓力為500～600MPa，燒結溫度為700～750℃；在500～550℃下熱擠壓。

附圖說明

圖1為原始鋁粉形貌

圖2為原始鎂粉形貌

圖3為原始氧化鋅粉形貌

圖4為球磨混粉后形貌

圖5為燒結后復合材料的xrd譜圖及透射電鏡下的組織形貌，a)復合材料xrd譜圖；b)TEM下納米MgO顆粒

圖6為擠壓態復合材料與相同工藝制備的鋁合金的工程應力-應變曲線。

具體實施方式