CN101070583A - 四针状氧化锌晶须增强铝基复合材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四针状氧化锌晶须增强铝基复合材料及其制备方法。该复合材料成分为：四针状氧化锌晶须：5～35wt％；余量为铝合金。将具有空间四针状的氧化锌晶须，超声分散，加入硅胶并搅拌均匀，制成预制件后进行干燥和焙烧，最后通过挤压铸造的方法获得四针状氧化锌晶须增强铝基复合材料。本发明采用四针状的氧化锌晶须为增强体，可在基体铝合金中达到三维分布的均匀化，从而获得铝基复合材料在机械性能上的各向同性。

Description

四针状氧化锌晶须增强铝基复合材料及制备方法
技术领域
本发明为金属基复合材料及制备方法，特别涉及四针状氧化锌晶须增强铝基复合材料及制备方法
背景技术
铝基复合材料作为金属基材料的一个分支，具有许多优异的性质。重量轻，比强度，比刚度高；具有高的剪切强度；热膨胀系数低，热稳定性高，有良好的导热和导电性；有优异的耐腐蚀性；可用常规工艺和设备进行生产和二次成型。晶须因其结构完整而具有高强度和高模量，被广泛用作铝基复合材料的增强体。许多专利也公开了晶须增强铝基复合材料及制备方法。
专利CN1414131公开了一种硼酸镁晶须增强铝基复合材料及制备工艺。该复合材料具有高比强度高比刚度低热膨胀系数高耐磨性，并且可以通过常规的热加工方法对其进行二次加工。并且可以降低晶须增强复合材料的价格，扩大应用领域和提高市场竞争力。专利CN1197121涉及一种针对锌铝合金中成分的改进和它的工艺制造技术，被广泛地应用在轴承支架、蜗轮、蜗杆等领域。其特征是钛酸钾晶须占获得复合材料体积的20-30％，余量为锌铝合金。该发明的目的在于进一步提高锌铝合金的耐磨性，降低其热膨胀系数，减少高温蠕变现象，提高锌铝合金的使用温度范围。该复合材料的比重也比锌铝合金减小10％左右，减轻了机器零件的重量。专利CN1100154公开了一种对晶须增强铝基复合材料，特别是以碳化硅晶须、硼酸铝晶须等为增强相的铝基复合材料进行发黑处理的方法。专利CN1786250涉及一种硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料及其制备方法。它解决了现有复合材料中硼酸铝晶须与基体浸润性差，硼酸铝晶须与基体结合强度不高的问题，而且能够有效阻碍界面反应的发生。ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料由ZnO、硼酸铝晶须和铝基或镁基三种原料制成。其制备方法：(一)将硼酸铝晶须加入ZnO溶胶中；(二)制ZnO涂覆的硼酸铝晶须；(三)制备ZnAl2O4包覆的硼酸铝晶须预制块；(四)挤压铸造，即得到ZnAl2O4包覆硼酸铝晶须增强铝基或镁基复合材料。ZnO与硼酸铝反应生成的ZnAl2O4包覆到硼酸铝晶须表面，提高了硼酸铝晶须与基体的浸润性和界面结合强度，使复合材料的力学性能显著提高。
目前在铝基复合材料中使用的晶须多达上百种。但大多为一维晶须，一般呈针状或棒状。这种一般的呈-维的纤维状晶须在基体材料中分布很难达到三维分布均匀化，从而会引起复合材料性能的各向异性，特别是横向和纵向抗拉强度差距明显。这一问题困扰着晶须增强铝基复合材料，限制了它的应用。本发明的目的是引入具有特殊结构的ZnO晶须，以获得复合材料的各向同性。
发明内容
本发明针对现有晶须增强铝基复合材料存在的问题，提供了四针状氧化锌晶须增强铝基复合材料，及制备方法。本发明以具有空间四针状的氧化锌晶须为增强体(如图1所示)，可在基体铝合金中达到三维分布的均匀化，从而使铝基复合材料在机械性能上获得各向同性。
本发明的四针状氧化锌晶须增强铝基复合材料的成分为：氧化锌晶须5～35wt％；余量为铝合金。
本发明的四针状氧化锌晶须增强铝基复合材料，其特征为：氧化锌晶须是立体四针状单晶体，晶须有一核心，从核心径向方向伸展出四根针状晶体，针间针状体间夹角约为109°，晶须的中心体直径为0.7～2μm，针状体根部直径为0.5～14，针状体长度为10～150；基体铝合金可以为铝-硅系，铝-同系，铝-铜-镁系，稀土铝合金等不同系列的铝合金。
本发明的四针状氧化锌晶须增强铝基复合材料的制备方法，依次包括如下步骤：
(1)将氧化锌晶须在蒸馏水中进行超声分散处理；分散好的氧化锌晶须中加入硅胶，并进行机械搅拌；
(2)将搅拌均匀的氧化锌晶须和硅胶混合物倒入模具中，压制成预定高度的氧化锌晶须预制件：氧化锌晶须预制件先在烘箱中干燥，然后在马弗炉中焙烧；
(3)用满足权利要求1所述重量百分比的氧化锌晶须预制件和基体铝合金，通过挤压铸造，制备成氧化锌晶须增强铝基复合材料。
本发明的四针状氧化锌晶须增强铝基复合材料的制备方法，其进一步的特征在于：
(1)氧化锌晶须在蒸馏水中进行超声分散的时间为2～4h，加入硅胶的量为氧化锌晶须蒸馏水混合物的5～10vol％，搅拌时间为1～2h；
(2)压制氧化锌晶须预制件的压强为0.2～1MPa，保压时间为5～10min；在烘箱中干燥温度为100℃～120℃，干燥时间为4～5h：在马弗炉中焙烧温度为850℃～950℃，焙烧时间为2～3h，随炉冷却；
(3)将挤压模具和氧化锌晶须预制件预热到450℃～500℃，氧化锌晶须预制件放入挤压模具中，将加热到800℃～850℃的液态铝合金倒入模具，加压使液态铝合金渗入到氧化锌晶须预制件中，压强20～80MPa，保压待液态铝合金在压力下凝固后脱模，获得氧化锌晶须增强铝基复合材料
附图说明
图1四针状氧化锌晶须空间形貌
图2 10wt％四针状氧化锌晶须增强复合材料形貌
图3 20wt％四针状氧化锌晶须增强复合材料形貌
图4 30wt％四针状氧化锌晶须增强复合材料形貌
具体实施方式
实例1：复合材料成分为：四针状氧化锌晶须：10wt％，余量为LY11铝合金。图2为复合材料形貌，其性能为：横向抗拉强度520MPa，纵向抗拉强度500MPa。
实例2：复合材料成分为：四针状氧化锌晶须：20wt％，余量为LY11铝合金。图3为复合材料形貌，其性能为：横向抗拉强度580MPa，纵向抗拉强度550MPa。
实例3：复合材料成分为：四针状氧化锌晶须：30wt％，余量为LY11铝合金。图4为复合材料形貌，其性能为：横向抗拉强度650MPa，纵向抗拉强度620MPa。

Claims (4)

1.一种四针状氧化锌晶须增强铝基复合材料，该复合材料的成分为：四针状氧化锌晶须5～35wt％；余量为铝合金。
2.根据权利要求1所述的四针状氧化锌晶须增强铝基复合材料：氧化锌晶须是立体四针状单晶体，晶须有一核心，从核心径向方向伸展出四根针状晶体，针间针状体间夹角约为109°，晶须的中心体直径为0.7～2μm，针状体根部直径为0.5～14μm，针状体长度为10～150μm；基体铝合金可以为铝-硅系，铝-铜系，铝-铜-镁系，稀土铝合金等不同系列的铝合金。
3.根据权利要求1所述的四针状氧化锌晶须增强铝基复合材料的制备方法，依次包括如下步骤：
(1)将氧化锌晶须在蒸馏水中进行超声分散处理；分散好的氧化锌晶须中加入硅胶，并进行机械搅拌；
(2)将搅拌均匀的氧化锌晶须和硅胶混合物倒入模具中，压制成预定高度的氧化锌晶须预制件；氧化锌晶须预制件先在烘箱中干燥，然后在马弗炉中焙烧；
(3)用满足权利要求1所述重量百分比的氧化锌晶须预制件和基体铝合金，通过挤压铸造，制备成氧化锌晶须增强铝基复合材料。
4.根据权利要求3所述的四针状氧化锌晶须增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：
(1)氧化锌晶须在蒸馏水中进行超声分散的时间为2～4h，加入硅胶的量为氧化锌晶须蒸馏水混合物的5～10vol％，搅拌时间为1～2h；
(2)压制氧化锌晶须预制件的压强为0.2～1MPa，保压时间为5～10min；在烘箱中干燥温度为100℃～120℃，干燥时间为4～5h；在马弗炉中焙烧温度为850℃～950℃，焙烧时间为2～3h，随炉冷却；
(3)将挤压模具和氧化锌晶须预制件预热到450℃～500℃，氧化锌晶须预制件放入挤压模具中，将加热到800℃～850℃的液态铝合金倒入模具，加压使液态铝合金渗入到氧化锌晶须预制件中，压强20～80MPa，保压待液态铝合金在压力下凝固后脱模，获得氧化锌晶须增强铝基复合材料。
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