[發明專利]一種原位合成碳化鋁增強鋁基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010045524.8
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111235436B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 高海燕;李敏;張馳;王朦朦;呂海洋;王宇飛;王俊;孫寶德
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/05;C22C1/10;B22F9/04;B22F3/14;B22F3/105;B22F3/20;B22F3/18
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀;趙楠

1.一種原位合成碳化鋁增強鋁基復合材料，其特征在于：包括鋁粉和石墨烯粉末，所述鋁粉和所述石墨烯粉末通過原位反應生成彌散分布的具有納米尺度的碳化鋁Al₄C₃，所述納米尺度碳化鋁Al₄C₃以兩種形態分布在所述復合材料內，其中一種是以棒狀形貌兩端分別向兩個鋁晶粒內部生長，釘住兩個相鄰鋁晶粒，另外一種是以棒狀長度方向沿晶界排列，可有效地阻止位錯和晶界遷移；

所述石墨烯粉末采用納米厚度的石墨烯納米片，有利于控制碳化鋁Al₄C₃尺寸在納米尺度；所述石墨烯粉末體積分數0.5-2％；

將鋁粉和石墨烯粉末在氬氣氛圍保護下進行球磨混合，經球磨后得到均勻的混合粉末，所述石墨烯通過球磨后均勻分散在所述鋁粉表面，部分石墨烯片層可在球磨剪切作用下嵌入鋁晶體內部；將球磨后的所述混合粉末進行熱壓燒結或放電等離子燒結，燒結的壓力為50-100MPa、溫度為500-630℃，經燒結后得到坯錠。

2.根據權利要求1所述的原位合成碳化鋁增強鋁基復合材料，其特征在于：所述石墨烯粉末體積分數0.8-2％。

3.根據權利要求1所述的原位合成碳化鋁增強鋁基復合材料，其特征在于：所述復合材料在室溫下抗拉強度200MPa-300MPa，硬度達到60HV-88HV。

4.根據權利要求1所述的原位合成碳化鋁增強鋁基復合材料，其特征在于：所述復合材料在300℃以上，抗拉強度為105MPa-165MPa，延伸率約6％-10％。

5.一種原位合成碳化鋁增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于：包括：

S1：將鋁粉和石墨烯粉末在氬氣氛圍保護下進行球磨混合，經球磨后得到均勻的混合粉末，所述石墨烯通過球磨后均勻分散在所述鋁粉表面，部分石墨烯片層可在球磨剪切作用下嵌入鋁晶體內部；

S2：將球磨后的所述混合粉末進行熱壓燒結或放電等離子燒結，燒結的壓力為50-100MPa、溫度為500-630℃，經燒結后得到坯錠；

S3：將得到的所述坯錠在450-550℃進行擠壓或者熱軋形成致密的復合材料。

6.根據權利要求5所述的原位合成碳化鋁增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于：所述球磨過程采用高能球磨法，球磨轉速為300-500rpm，球磨時間5-20h。

7.根據權利要求5所述的原位合成碳化鋁增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于：所述石墨烯粉末采用納米厚度的石墨烯納米片，有利于控制碳化鋁Al₄C₃尺寸在納米尺度。