[發(fā)明專利]跨尺度核殼結構鋁基復材及制備方法

在審

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• 申請日: 2022-01-05
• 公開（公告）號: CN114309587A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設計）人: 曾元松;劉雅菲;徐嚴謹;許慧;韓秀全
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: B22F1/12
• 分類號: B22F1/12;B22F1/052;B22F1/16;B22F9/04;B22F3/14;B22F3/16
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本發(fā)明涉及復合材料的技術領域，特別地，涉及一種跨尺度核殼結構鋁基復材及制備方法。該方法中，首先納米陶瓷顆粒的預分散，采用高速球磨法將預分散的粉末鑲嵌在微米硬質陶瓷顆粒表面，以形成殼層結構；然后，將具有殼層結構的增強體粉體基元與鋁合金基體粉末混合球磨均勻混合，以形成混雜增強復合合金粉，最后將混雜增強復合合金粉采用熱壓工藝處理獲得跨尺度核殼結構鋁基復材；本發(fā)明設計的跨尺度核殼結構，解決了現有技術存在的塑性匹配度低、復雜應力的傳遞效率低、制備過程增強體團聚的問題，平衡了提高材料的強度和維持材料的塑性之間的矛盾。

技術領域

本發(fā)明涉及復合材料的技術領域，特別地，涉及一種跨尺度核殼結構鋁基復材及制備方法。

背景技術

鋁基復合材料具有輕質、高模量、高比強度的特點，適合飛機輕量化發(fā)展的應用需求。顆粒增強鋁基復材制備技術容易掌握，生產成本低，具有各向同性的力學性能，具有明確的應用市場和廣闊的應用前景。

在目前顆粒增強鋁基復合材料中，主要問題是材料的塑性難以滿足塑性加工的需求，且復合材料的斷裂韌性不能達標，導致后續(xù)加工工藝窗口窄、加工難度大、易產生微裂紋等缺陷，顆粒增強鋁基復合材料從開發(fā)到實際應用仍存在較大的差距。此外，對復合材料的多尺度結構調控和人工設計的研究較少，未能充分發(fā)揮韌性基體和陶瓷增強體兩者優(yōu)勢。顆粒增強鋁基復材的三大組成要素分別是陶瓷顆粒、鋁及鋁合金基體、二者界面。由于增強體和基體熱膨脹系數的差異，在二者的界面處存在高應力集中，導致界面常為破壞的關鍵部位。在復合材料中添加納米顆粒增強體，在起到納米增韌效果的同時，會降低基體的本征塑性。且當納米顆粒增強鋁基復材增強體的含量超過5vol.％時，納米增強體難以分散均勻，會產生較嚴重的增強體團聚的現象。

作為未來航空航天、汽車領域的主要結構件，必須進一步協調顆粒增強鋁基復材的強塑性匹配，復合材料具有較大的人工設計自由度，可以通過設計增強體結構來強化增強體/基體界面，有效提高復雜應力的傳遞效率，目前亟需要設計一種強塑性匹配合理，具有較好綜合力學性能的新型顆粒增強鋁基復合材料。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的為提供一種跨尺度核殼結構鋁基復材及制備方法，以解決現有技術顆粒增強鋁基復合材料中塑性匹配度低、復雜應力的傳遞效率低、制備過程增強體團聚的問題。

根據本發(fā)明的一個方面，提供的一種跨尺度核殼結構鋁基復材的制備方法包括：

S1：納米陶瓷顆粒的預分散：將納米級SiC顆粒以及百納米尺寸級別Al粉進行預分散；

S2：殼層結構的包覆：采用高速球磨法將S1中預分散的粉末鑲嵌在微米硬質陶瓷顆粒表面，以形成殼層結構；

S3：低速球磨混合：將具有殼層結構的增強體粉體基元與鋁合金基體粉末混合球磨均勻混合，以形成混雜增強復合合金粉；

S4：熱壓燒結工藝，將混雜增強復合合金粉經熱壓燒結工藝處理，以獲得跨尺度核殼結構鋁基復材。

其中，S1中，采用小行星式球磨機，以轉速為200-320r/min，球磨時間為2-4小時，使納米硬質SiC顆粒去團聚，與柔性Al粉均勻混合。

其中，S2中，采用600-1200r/min的轉速進行高速球磨，球磨環(huán)境為無水乙醇液態(tài)環(huán)境，球磨時間為30min，將混合后的粉體漿料置于干燥箱中，在80℃溫度下烘干8h得到具有殼層結構的增強體粉體基元。

其中，S3中，在具備殼層結構的增強體粉末基元中加入70μm-100μm2009Al合金粉以250-300r/min的轉速混合3-5h，取出后放入真空干燥箱中以80℃烘干后，得到試驗用混雜增強復合合金粉，儲存于真空罐中，用于熱壓燒結。

其中，S4中，將球磨后S3中的混雜增強復合合金粉在氬氣保護下裝入設定尺寸的石墨模具中密封，再將密封后的模具進行冷壓成型，最后將冷壓后的模具放入真空熱壓燒結爐中進行熱壓燒結。