[發(fā)明專利]一種提高顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料彈性模量的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010142795.5
• 申請(qǐng)日: 2020-03-04
• 公開（公告）號(hào): CN111304482B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔巖;曹雷剛;楊越;黃植
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北方工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/10
• 分類號(hào): C22C1/10;C22C21/00;C22C32/00
• 代理公司: 北京中海智圣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11282
• 代理人: 梁慶豐

本發(fā)明涉及一種提高顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料彈性模量的方法，所述方法制備步驟主要包括：步驟1，將不規(guī)則陶瓷顆粒和工業(yè)純水按照質(zhì)量份比為1：5加入循環(huán)攪拌球磨機(jī)內(nèi)均勻攪拌混合；步驟2，將陶瓷顆粒漿料加入壓力式噴霧干燥機(jī)霧化成微液滴；步驟3，使用超聲波和機(jī)械攪拌輔助清洗多孔陶瓷顆粒粉末，將多孔陶瓷顆粒粉末烘干，然后將多孔陶瓷顆粒粉末及鋁合金塊放入模具內(nèi)；步驟4，將模具放入保護(hù)性氣氛加熱爐內(nèi)，在保護(hù)性氣氛下采用無壓浸滲法制備多孔陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料等，所述方法的優(yōu)越效果在于，能夠獲得較低體積分?jǐn)?shù)的多孔顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，與同等體積分?jǐn)?shù)的致密顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料相比，所得多孔顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的彈性模量值均能夠得到顯著提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種提高顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料彈性模量的方法。

背景技術(shù)

陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有低密度、高比強(qiáng)度、高比剛度、高可靠性、高導(dǎo)熱以及良好的耐摩擦磨損性能，在航空航天、精密儀器、電子封裝、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景。陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是將鋁合金基體與陶瓷顆粒通過外加或自生的方式進(jìn)行物理化學(xué)復(fù)合而得。

陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的具體制備方法繁多，主要分類有：攪拌鑄造法、粉末冶金法以及無壓浸滲法等。攪拌鑄造法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適宜大規(guī)模生產(chǎn)。但由于陶瓷顆粒與液態(tài)鋁合金間浸潤性差導(dǎo)致細(xì)顆粒陶瓷難以攪拌加入和分散，且攪拌時(shí)易吸入氣體而形成氣孔和夾雜。粉末冶金熱壓法可以制備出中低高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相的鋁基復(fù)合材料，粉末混合工藝可以使增強(qiáng)相在金屬基體中達(dá)到分布均勻。但此工藝設(shè)備復(fù)雜、難以規(guī)?；a(chǎn)。無壓浸滲法制備陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料不需要昂貴的設(shè)備，具有工藝簡單、成本較固相法和傳統(tǒng)的液相法更低，容易實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

彈性模量是鋁基復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)材料時(shí)必須考慮的重要參數(shù)之一，彈性模量越高，材料剛度越大，抵抗彈性變形的能力越大。一般來講，在不考慮工藝制備過程因素導(dǎo)致的材料缺陷的前提下，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的彈性模量與增強(qiáng)體顆粒含量之間的定量關(guān)系已有成熟理論預(yù)測(cè)方法，若要提高陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的彈性模量，只能提高增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)。然而，陶瓷相含量的增加不僅會(huì)增大材料的加工難度和加工成本、不利于獲得結(jié)構(gòu)復(fù)雜的精密零件，而且還會(huì)明顯增加材料的脆性、降低材料的導(dǎo)電性，影響材料的推廣應(yīng)用。

如何能夠在不增加顆粒體積分?jǐn)?shù)的前提下，制備出彈性模量更高、導(dǎo)電性能好，且易加工的多孔陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，一直以來是現(xiàn)有技術(shù)中函待解決的技術(shù)問題。

現(xiàn)有技術(shù)中，例如發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?01510891415.7公開了一種高體積分?jǐn)?shù)B₄C與Si顆?；旌显鰪?qiáng)的鋁基復(fù)合材料及其制備工藝。該鋁基復(fù)合材料由Al-Cu-Mg-Co合金基體和B₄C與Si的混合增強(qiáng)相組成，按體積百分比計(jì)，Al-Cu-Mg-Co合金基體的含量為30-45％，B₄C的含量為55-60％，Si的含量為a，0＜a≤10％。該鋁基復(fù)合材料采用粉末冶金的方法制備，主要包括B₄C與Si顆粒的預(yù)處理、增強(qiáng)相與Al合金基體粉體球磨混合、粉末冷等靜壓、真空除氣、熱等靜壓等步驟。本發(fā)明的鋁基復(fù)合材料的密度為2.55～2.60g/cm³，抗彎強(qiáng)度為450～530MPa，彈性模量為180～220GPa，熱膨脹系數(shù)為7.6～9.5×10-6K-1，熱導(dǎo)率為70～100W/m·K。