CN101186997A - 一种莫来石晶须增强铝合金复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种莫来石陶瓷晶须增强铝合金复合材料及其制备方法，属于新材料技术领域。将分散好的莫来石晶须在60℃～80℃下采用浓硝酸或浓硫酸处理1～2h，将处理好的莫来石晶须用去离子水洗至中性，真空烘干，然后与铝粉一起用无水乙醇球磨混合，真空烘干。用铝箔包裹晶须与铝粉混合物放入熔融的铝合金熔体中，搅拌0.5～1h后进行浇铸，即可得莫来石晶须增强铝合金复合材料。

Description

一种莫来石晶须增强铝合金复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属基复合材料及其制备方法，特别涉及一种针对铝合金的性能改进及其工艺制造技术，属于新材料技术领域。

背景技术

晶须增强铝合金复合材料由于具有高的比强度、比模量、良好的热稳定性以及抗疲劳、耐磨损等优良性能而得到迅速发展，成为金属基复合材料的一个重要分支。关于晶须增强铝基复合材料的制备已有一些文献和专利报导。公开号为CN1197121(98113701.6)的中国专利于1998年10月28公开了“钛酸钾晶须增强锌铝合金复合材料及其制造方法”，复合材料中钛酸钾晶须的体积分数为20-30％，可以应用于轴承支架、蜗轮、蜗杆等生产制备中。公开号为CN1414131(02132869.2)的中国专利公开了“硼酸镁晶须增强铝基复合材料及制备工艺”，硼酸镁晶须增强铝基复合材料成分配比为：硼酸镁晶须：2-50Mass％；余量为铝及铝合金。其制备工艺是：晶须的表面化学处理；挤压毛坯的制备；有挤压铸造法和粉末冶金法两种；挤压铸造法制备热挤压毛坯为：晶须预制件的成型；晶须预制件的烧结；挤压铸造。粉末冶金法制备热挤压毛坯为：混粉；压制成型；封套；热压；热挤压。郝保红等，新技术新工艺，2006年6期，42-45分析了氧化铝晶须增强铝基合金的应用前景，认为：氧化铝晶须在增强金属基复合材料特别是铝基复合材料方面及高分子材料方面都有着巨大的应用价值。毕刚等，宇航材料工艺，1999年03期，18-22综述了硼酸铝晶须增强铝基复合材料的制取工艺、性能特点、研究现状；并对当前复合材料研究当中存在的一些问题以及某些需要深入研究的方向进行了探讨。他们认为：此类复合材料不仅有好的耐高温性能，而且常温下的抗拉强度很好，可与SiCw、Si₃N₄w增强的复合材料媲美，同时相对于其他晶须它具有很大的价格优势。胡明等，复合材料学报，2002，19卷，第5期，57-61研究了SiC晶须增强铝基复合材料的热膨胀行为，实验结果表明，淬火后SiCw/Al复合材料基体内的位错密度、内应力和材料的屈服强度均较高，不同工艺处理的SiCw/Al复合材料热膨胀行为不同。

公开号为CN1710141(200510010039.2)的中国专利公开了一种SiCw/Al复合材料液—固两相区温度成型方法，涉及一种晶须增强铝基复合材料高温成型的方法。对于SiCw/Al复合材料来说，液—固两相区温度变形要优于纯固相状态的变形，该发明提供一种可以得到极佳性能的变形产品的SiCw/Al复合材料。液—固两相区温度成型方法是将SiCw/Al复合材料进行高温压缩，控制压缩过程的温度为575℃～585℃，应变速率为0.3s^-1～0.5s^-1。该发明成型出SiCw/Al复合材料构件保持了优异的性能。

莫来石晶须具有耐高温、抗氧化、热膨胀系数较小、高温强度高、高温蠕变小、抗热震性能好等优异性能，是一种优异的金属、陶瓷和塑料增韧补强材料。CN1785893(申请号200510044907.9)公开了一种莫来石晶须的制备方法，是本申请人早先的专利。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明利用莫来石晶须的优良性能和与铝合金熔体有良好润湿性的特点，提供一种莫来石晶须增强铝合金复合材料的制备方法。

一种莫来石晶须增强铝合金复合材料，由铝粉、铝合金和莫来石晶须组成，其中莫来石晶须占铝合金复合材料的5～20wt％，莫来石晶须与铝粉重量比1∶(1～2)，余量为铝合金。

优选的，所述铝合金中铝的含量为80-99wt％，具体可选铝硅合金、铝硅铜合金、铝镁合金、铝锌合金等。

优选的，所述铝粉为工业纯铝粉，Al＞99wt％，细度为180～200目。

优选的，所述莫来石晶须可按现有技术制备，本发明优选按CN1785893(专利号200510044907.9)公开的一种莫来石晶须的制备方法制得。

本发明的莫来石晶须增强铝合金复合材料的制备方法，步骤如下：

(1)将莫来石晶须加入无水乙醇中，并将pH值调至3～5，搅拌0.5～2h，抽滤；

(2)将步骤(1)处理后的莫来石晶须加入浓硝酸或浓硫酸中，在60℃～80℃下酸洗1～2h；用去离子水洗至中性，烘干；

(3)将步骤(2)处理后的莫来石晶须与铝粉按1∶(1～2)的重量比以无水乙醇为介质搅拌混合，真空烘干；

(4)将步骤(3)烘干后的莫来石晶须和铝粉混合物按莫来石晶须占铝合金复合材料5～20wt％的比例，用铝箔包裹后放入750～850℃熔融的铝合金熔体中，搅拌0.5～1h后进行浇铸，得到莫来石晶须增强铝合金复合材料。

本发明的技术特点在于将莫来石晶须进行分散、表面处理后与铝粉混合，经铝箔包裹后放入铝合金熔体中混合，制备性能稳定的莫来石晶须增强铝合金复合材料。复合材料具有质量轻、比强度和比刚度高、疲劳强度高、耐磨性能好等优点，在航空、航天及汽车等领域有良好的应用前景。

与现有技术相比，本发明的优良效果如下：

1、本发明莫来石晶须与铝合金基体润湿性较好，制备的复合材料具有更高的耐磨性和更宽的使用温度范围。

2、本发明工艺简单、成本低廉，且易于实现工业化生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。实施例中所用铝粉为工业纯铝粉，Al＞99wt％，平均粒径200目。所用莫来石晶须按CN1785893(专利号200510044907.9)方法制得。所用铝合金中铝的含量为80-99wt％。

实施例1：

一种莫来石晶须增强铝合金复合材料，其中莫来石晶须占复合材料的5wt％，铝粉与莫来石晶须重量比1∶1，余量为BH135型铝合金(Al＞86wt％，Si＜13wt％)。

制备方法，步骤如下：

(1)将莫来石晶须加入无水乙醇中，用浓硝酸将pH调至3，搅拌1h，抽滤；

(2)将步骤(1)处理后的莫来石晶须加入浓硝酸中，在80℃下酸洗1h；用去离子水洗至中性，烘干；

(3)将步骤(2)处理后的莫来石晶须与铝粉按1∶1的比例，以无水乙醇为介质搅拌混合，真空烘干；

(4)将步骤(3)烘干后的混合物按莫来石晶须占铝合金复合材料5wt％的比例，用铝箔包裹放入850℃熔融的铝合金熔体中，搅拌0.5h后进行浇铸，得到5wt％晶须含量的莫来石晶须增强铝合金复合材料。

经实验测得，莫来石晶须含量为5wt％时，铝合金复合材料的拉伸强度比基体材料提高了25％；复合材料弹性模量提高35％。

实施例2：

一种莫来石晶须增强铝合金复合材料，其中莫来石晶须占复合材料的10wt％，铝粉与莫来石晶须重量比1∶2，余量为铝锌合金。

制备方法，步骤如下：

(1)将莫来石晶须加入无水乙醇中，用浓硝酸将pH调至4，搅拌0.5h，抽滤；

(2)将步骤(1)处理后的莫来石晶须加入65wt％浓硝酸中，在60℃下酸洗1h；用去离子水洗至中性，烘干；

(3)将步骤(2)处理后的莫来石晶须与铝粉按1∶2以无水乙醇为介质球磨混合，真空烘干；

(4)将步骤(3)烘干后的混合物按莫来石晶须为10wt％用铝箔包裹放入800℃熔融的铝合金中熔化，搅拌0.5h进行浇铸，得到10wt％晶须含量的复合材料。

所得莫来石晶须增强铝合金复合材料莫来石晶须含量为10wt％，与基体材料相比磨损失重降低，耐磨性显著提高。

实施例3：

一种莫来石晶须增强铝合金复合材料，其中莫来石晶须占复合材料的5wt％，铝粉与莫来石晶须重量比1∶1，余量为铝镁合金。

(1)将莫来石晶须加入无水乙醇中，用浓硫酸将pH调至4，搅拌1.5h，抽滤；

(2)将步骤(1)处理后的莫来石晶须加入60wt％浓硫酸中，在70℃下酸洗2h；用去离子水洗至中性，烘干；

(3)将步骤(2)处理后的莫来石晶须与铝粉按1∶1以无水乙醇为介质球磨混合，真空烘干；

(4)将步骤(3)烘干后的莫来石晶须和铝粉混合物按莫来石晶须为5wt％用铝箔包裹放入800℃熔融的铝合金中熔化，搅拌1h进行浇铸，得到5wt％晶须含量的复合材料。

所得莫来石晶须增强铝合金复合材料莫来石晶须含量为5wt％，拉伸强度比基体材料提高了30％；弹性模量提高40％。

Claims (5)

1.一种莫来石晶须增强铝合金复合材料，由铝粉、铝合金和莫来石晶须组成，其特征在于，其中莫来石晶须占铝合金复合材料的5～20wt％，莫来石晶须与铝粉重量比1∶(1～2)，余量为铝合金。

2.如权利要求1所述的莫来石晶须增强铝合金复合材料，其特征在于，所述铝合金中铝的含量为80-99wt％。

3.如权利要求1所述的莫来石晶须增强铝合金复合材料，其特征在于，所述铝合金为铝硅合金、铝硅铜合金、铝镁合金、铝锌合金中的一种。

4.如权利要求1所述的莫来石晶须增强铝合金复合材料，其特征在于，所述铝粉为Al＞99wt％，细度为180～200目。

5.一种如权利要求1所述的莫来石晶须增强铝合金复合材料的制备方法，步骤如下：

(1)将莫来石晶须加入无水乙醇中，并将pH值调至3～5，搅拌0.5～2h，抽滤；

(2)将步骤(1)处理后的莫来石晶须加入浓硝酸或浓硫酸中，在60℃～80℃下酸洗1～2h；用去离子水洗至中性，烘干；

(3)将步骤(2)处理后的莫来石晶须与铝粉按1∶(1～2)的重量比以无水乙醇为介质搅拌混合，真空烘干；

(4)将步骤(3)烘干后的莫来石晶须和铝粉混合物按莫来石晶须占铝合金复合材料5～20wt％的比例，用铝箔包裹后放入750～850℃熔融的铝合金熔体中，搅拌0.5～1h后进行浇铸，得到莫来石晶须增强铝合金复合材料。