CN103436825A - 纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法 - Google Patents

纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法 Download PDF

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刘刚
迟庆国
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Abstract

纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法，它涉及一种采用热注入方式在陶瓷增强体表面制备纳米氧化锡涂层的方法。本发明为了解决现有铝基复合材料的阻尼值较低的技术问题。本方法如下：将铵盐溶液与锡酸钠水溶液同时添加到硼酸铝晶须水溶液中，控制溶液的pH值为搅拌，静置，过滤，压制，再将增强体的预制件保温后放入模具中加热，将熔融的铝或铝合金浇入模具中同时加压，保压，即得。本发明纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料抗拉强度可达380MPa，室温阻尼性能提高2倍以上。

Description

纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种采用热注入方式在陶瓷增强体表面制备纳米氧化锡涂层的方法。
背景技术
金属基复合材料不仅具有较高的强度和模量，还具有良好的机械阻尼性能，是目前最具有发展前途的结构-功能型阻尼材料之一。由于铝本身对振动较为敏感，其复合材料的阻尼值也较低。如果以阻尼为目标，铝基复合材料可能不是最好的选择体系。但是复合材料体系中具有比重较大的界面存在，使得其性能具有高度的可设计性，人们期望利用这一特点使具有优异力学性能和阻尼性能的复合材料在航天航空、精密仪表等领域中得到重要应用。
发明内容
本发明是为了解决现有铝基复合材料的阻尼值较低的技术问题，提供了一种纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法。
纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法按照以下步骤进行：
一、将硼酸铝晶须倒入水中，水与硼酸铝晶须的质量比为30～70:1，充分搅拌后超声分散，得到硼酸铝晶须水溶液；
二、将锡酸钠溶解到水中，得到浓度为0.00001～1mol/L的锡酸钠水溶液，同时配制浓度为0.0001～1mol/L的氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液；
三、将氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液与锡酸钠水溶液同时添加到硼酸铝晶须水溶液中，按照硼酸铝晶须与氧化锡的质量比为20～80:1的比例添加锡酸钠，所述的氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液与锡酸钠水溶液的摩尔比为1～10:1，添加的过程中控制溶液的pH值为6～8，搅拌，静置1～5h，过滤，然后将过滤后所得的增强体倒入模具中压制，得到增强体的预制件；
四、将增强体的预制件700～1100℃的温度下保温30～120min；
五、将经过步骤四处理的增强体的预制件放入模具中加热到525～550℃，将熔融的铝或铝合金浇入模具中同时加压，压力为80～200MPa，保压15～30min，即得纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料。
本发明制备纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的无机盐原料廉价，涂覆过程在室温下进行、涂覆工艺简单，涂层的引入能够有效阻止界面反应的发生，提高界面结合强度等。本发明纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料抗拉强度可达380MPa，室温阻尼性能提高2倍以上。
附图说明
图1是实验一制备的纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的过程中涂覆后晶须表面的扫描电镜照片；
图2实验一制备的纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的物相分析图，图中◆表示Sn，●表示Al，
Figure BDA0000370868640000021
表示Al18B4O33w；
图3实验一制备的纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的阻尼-应变谱图，图中■表示Al18B4O33w/Al的阻尼-应变谱图，★表示10Al18B4O33w/SnO2/Al的阻尼-应变谱图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法按照以下步骤进行：
一、将硼酸铝晶须倒入水中，水与硼酸铝晶须的质量比为30～70:1，充分搅拌后超声分散，得到硼酸铝晶须水溶液；
二、将锡酸钠溶解到水中，得到浓度为0.00001～1mol/L的锡酸钠水溶液，同时配制浓度为0.0001～1mol/L的氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液；
三、将氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液与锡酸钠水溶液同时添加到硼酸铝晶须水溶液中，按照硼酸铝晶须与氧化锡的质量比为20～80:1的比例添加锡酸钠，所述的氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液与锡酸钠水溶液的摩尔比为1～10:1，添加的过程中控制溶液的pH值为6～8，搅拌，静置1～5h，过滤，然后将过滤后所得的增强体倒入模具中压制，得到增强体的预制件；
四、将增强体的预制件700～1100℃的温度下保温30～120min；
五、将经过步骤四处理的增强体的预制件放入模具中加热到525～550℃，将熔融的铝或铝合金浇入模具中同时加压，压力为80～200MPa，保压15～30min，即得纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中将硼酸铝晶须倒入水中，水与硼酸铝晶须的质量比为40～60:1。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤一中将硼酸铝晶须倒入水中，水与硼酸铝晶须的质量比为50:1。其它与具体实施方式一或二之一不相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中锡酸钠水溶液的浓度为0.001～0.9mol/L。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液的浓度为0.01～0.1mol/L。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中静置时间为3h。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤四中将增强体的预制件800～1000℃的温度下保温40～110min。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤四中将增强体的预制件900℃的温度下保温60min。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤五中压力为100MPa。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤五中所述的铝合金为2024铝合金、6061铝合金或7075铝合金。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用下述实验验证本发明效果：
实验一：
纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法按照以下步骤进行：
一、将硼酸铝晶须倒入水中，水与硼酸铝晶须的质量比为50:1，充分搅拌后超声分散，得到硼酸铝晶须水溶液；
二、将锡酸钠溶解到水中，得到浓度为0.005mol/L的锡酸钠水溶液，同时配制浓度为0.03mol/L的硝酸铵溶液；
三、将硝酸铵溶液与锡酸钠水溶液同时添加到硼酸铝晶须水溶液中，按照硼酸铝晶须与氧化锡的质量比为20:1的比例添加锡酸钠，所述的氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液与锡酸钠水溶液的摩尔比为3:1，添加的过程中控制溶液的pH值为7，搅拌，静置3h，过滤，然后将过滤后所得的增强体倒入模具中压制，得到增强体的预制件；
四、将增强体的预制件1000℃的温度下保温45min；
五、将经过步骤四处理的增强体的预制件放入模具中加热到540℃，将熔融的铝或铝合金浇入模具中同时加压，压力为100MPa，保压20min，即得纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料。
本实验采用挤压铸造的方法制备的米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料与未涂覆氧化锡的陶瓷相增强体/铝基复合材料相比室温阻尼性能提高2.5倍以上，抗拉强度可达380MPa。
实验二：
纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法按照以下步骤进行：
一、将硼酸铝晶须倒入水中，水与硼酸铝晶须的质量比为30:1，充分搅拌后超声分散，得到硼酸铝晶须水溶液；
二、将锡酸钠溶解到水中，得到浓度为0.00001mol/L的锡酸钠水溶液，同时配制浓度为0.0001mol/L的氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液；
三、将氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液与锡酸钠水溶液同时添加到硼酸铝晶须水溶液中，按照硼酸铝晶须与氧化锡的质量比为40:1的比例添加锡酸钠，所述的氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液与锡酸钠水溶液的摩尔比为1:1，添加的过程中控制溶液的pH值为6，搅拌，静置1h，过滤，然后将过滤后所得的增强体倒入模具中压制，得到增强体的预制件；
四、将增强体的预制件700℃的温度下保温30min；
五、将经过步骤四处理的增强体的预制件放入模具中加热到525℃，将熔融的铝或铝合金浇入模具中同时加压，压力为80MPa，保压15min，即得纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料。
本实验采用挤压铸造的方法制备的米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料与未涂覆氧化锡的陶瓷相增强体/铝基复合材料相比室温阻尼性能提高2倍以上，抗拉强度可达420MPa。
实验三：
纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法按照以下步骤进行：
一、将硼酸铝晶须倒入水中，水与硼酸铝晶须的质量比为70:1，充分搅拌后超声分散，得到硼酸铝晶须水溶液；
二、将锡酸钠溶解到水中，得到浓度为1mol/L的锡酸钠水溶液，同时配制浓度为1mol/L的氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液；
三、将氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液与锡酸钠水溶液同时添加到硼酸铝晶须水溶液中，按照硼酸铝晶须与氧化锡的质量比为50:1的比例添加锡酸钠，所述的氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液与锡酸钠水溶液的摩尔比为10:1，添加的过程中控制溶液的pH值为8，搅拌，静置5h，过滤，然后将过滤后所得的增强体倒入模具中压制，得到增强体的预制件；
四、将增强体的预制件1100℃的温度下保温120min；
五、将经过步骤四处理的增强体的预制件放入模具中加热到550℃，将熔融的铝或铝合金浇入模具中同时加压，压力为200MPa，保压30min，即得纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料。
本实验采用挤压铸造的方法制备的米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料与未涂覆氧化锡的陶瓷相增强体/铝基复合材料相比室温阻尼性能提高1.7倍以上，抗拉强度可达480MPa。

Claims (10)

1.纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法，其特征在于纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法按照以下步骤进行：
一、将硼酸铝晶须倒入水中，水与硼酸铝晶须的质量比为30～70:1，充分搅拌后超声分散，得到硼酸铝晶须水溶液；
二、将锡酸钠溶解到水中，得到浓度为0.00001～1mol/L的锡酸钠水溶液，同时配制浓度为0.0001～1mol/L的氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液；
三、将氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液与锡酸钠水溶液同时添加到硼酸铝晶须水溶液中，按照硼酸铝晶须与氧化锡的质量比为20～80:1的比例添加锡酸钠，所述的氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液与锡酸钠水溶液的摩尔比为1～10:1，添加的过程中控制溶液的pH值为6～8，搅拌，静置1～5h，过滤，然后将过滤后所得的增强体倒入模具中压制，得到增强体的预制件；
四、将增强体的预制件700～1100℃的温度下保温30～120min；
五、将经过步骤四处理的增强体的预制件放入模具中加热到525～550℃，将熔融的铝或铝合金浇入模具中同时加压，压力为80～200MPa，保压15～30min，即得纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中将硼酸铝晶须倒入水中，水与硼酸铝晶须的质量比为40～60:1。
3.根据权利要求1所述纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中将硼酸铝晶须倒入水中，水与硼酸铝晶须的质量比为50:1。
4.根据权利要求1所述纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中锡酸钠水溶液的浓度为0.001～0.9mol/L。
5.根据权利要求1所述纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中氯化铵溶液、硫酸铵溶液或硝酸铵溶液的浓度为0.01～0.1mol/L。
6.根据权利要求1所述纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中静置时间为3h。
7.根据权利要求1所述纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中将增强体的预制件800～1000℃的温度下保温40～110min。
8.根据权利要求1所述纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中将增强体的预制件900℃的温度下保温60min。
9.根据权利要求1所述纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤五中压力为100MPa。
10.根据权利要求1所述纳米氧化锡涂覆陶瓷相增强体/铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤五中所述的铝合金为2024铝合金、6061铝合金或7075铝合金。
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