CN103589885A - 一种制备氧化铝/铝硅基复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备氧化铝/铝硅基复合材料的方法，属于固体废弃物资源化和复合材料技术领域。首先将铸造粉尘制备成石英粉，废铝制品依次经过除杂压制成铝块、熔炼除渣、超声波雾化制成铝粉，然后在氩气保护下，将石英粉和铝粉按配比经球磨混合均匀，其中铸造粉尘为10～30%，废铝制品为70～90%，以上比例为质量百分比，最后压制成预制块，预制块经烧结后待冷却到15～30℃时取出；将上述步骤得到的烧结并冷却后的预制块在320～350℃、50～100MPa条件下热压5～10min，即制备得到氧化铝/铝硅基复合材料。本方法采用原位反应粉末冶金制备氧化铝/铝硅基复合材料，实现废弃铝制品和铸造粉尘的再生利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备氧化铝/铝硅基复合材料的方法，属于固体废弃物资源化和复合材料技术领域。
背景技术
有研究表明颗粒增强金属基复合材料因具有低密度、高比强度、比刚度和优良的耐磨性、低热膨胀系数等特点，具有十分广泛的应用前景，是当前金属基复合材料研究的重点，同时也是废弃物复合材料的发展方向。专利号为CN200810036241.6和CN200810036238.4公开了“一种玻璃铝基复合材料”和“一种玻璃/铝基复合材料的粉末冶金法制备工艺”，提出用废玻璃和废铝料制备玻璃∕铝基复合材料，同样是废弃物资源化的新途径，但是材料中玻璃颗粒和铝界面结合不好。而本发明所述的氧化铝/铝硅基复合材料不仅开辟了铸造粉尘和废铝资源化的新途径，原料100%为废弃物，而且属于反应自生强化相增强金属基复合材料，由于增强相是从基体中反应自生成的而具有增强相热力学稳定性高、增强相与基体界面洁净以及增强相与基体界面结合好等优点。欧阳柳章等公开了一篇文献“原位生成制备Al2O3增强铝基复合材料”，提出往液态铸铝中添加Al2(SO4)3，制备氧化铝增强铝基复合材料，程晓敏等公开了一篇文献“SiO2与液态Al反应生成Al2O3/Al复合材料的研究”，提出用SiO2粉与液态Al反应制备Al2O3∕Al复合材料，这两种方法都生成了Al2O3∕Al复合材料。两种方法氧化铝虽然也是原位生成，但前一种在制备过程中产生SO2气体会导致材料中出现孔隙，且这两种方法使用液态搅拌法氧化铝的分布难以控制且再搅拌过程中会产生大量废渣而造成原料浪费，同时制备原料使用的是工业产品而不是废弃物。还有很多专家学者对氧化铝增强铝基复合材料进行了大量研究，但没有从铸造粉尘中提取SiO2和废铝进行原位合成制备氧化铝/铝硅基复合材料的，如何利用废弃的铝制品和铸造粉尘制备氧化铝/铝硅基复合材料以再生利用，目前还未见有关报道。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种制备氧化铝/铝硅基复合材料的方法。本方法采用原位反应粉末冶金制备氧化铝/铝硅基复合材料，实现废弃铝制品和铸造粉尘的再生利用，本发明通过以下技术方案实现。
一种制备氧化铝/铝硅基复合材料的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将铸造粉尘制备成300～400目的石英粉，废铝制品依次经过除杂压制成铝块、熔炼除渣、超声波雾化制成300～400目的铝粉，然后在氩气保护下，将石英粉和铝粉按配比经球磨混合均匀，其中铸造粉尘为10～30%，废铝制品为70～90%，以上比例为质量百分比，最后压制成预制块，预制块经烧结后待冷却到15～30℃时取出；
（2）将步骤（1）得到的烧结并冷却后的预制块在320～350℃、50～100MPa条件下热压5～10min，即制备得到氧化铝/铝硅基复合材料。
所述铸造粉尘来自于普通铸造车间产生的粉尘，主要成分为SiO2。
上述铸造粉尘制备成300～400目的石英粉的过程为：铸造粉尘经过筛选、酸洗、过滤、烘干、筛分制成石英粉。
上述废铝制品来源于生活废弃物中的废铝易拉罐、建筑废弃物中的铝型材门窗或工业废弃物中的报废铝制品。
上述压制成预制块的过程为：在150～300MPa的压力下压制成坯块，保压1～5min，脱模后得到预制块。
上述预制块的烧结过程为：在氩气气氛下，以5～10℃/min的升温速率升至350℃预热30min，然后升高到720～750℃，保温2～3h。
上述烧结后冷却的冷却速率为3℃/min。
本发明的有益效果是：本方法制备出的氧化铝/铝硅基复合材料，其组分100%为废弃物，即铸造粉尘占10%～30%，废铝占70%～90%；本方法采用热压处理技术，能消除材料内部因体积收缩而产生的空隙，同时能使增强相分布更加均匀，提高复合材料的性能；其中原位反应产生的氧化铝颗粒既是分散相又是增强相，所制备的废弃物复合材料使原来两种废弃物得到很好地利用并且产生了很高的附加价值，并具有明显的社会、经济、环境三大效益。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
该制备氧化铝/铝硅基复合材料的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将铸造粉尘制备成300目的石英粉，废铝制品依次经过除杂压制成铝块、熔炼除渣、超声波雾化制成400目的铝粉，然后在氩气保护下，将石英粉和铝粉按配比经球磨混合均匀，其中铸造粉尘为12.98%，废铝制品为87.02%，以上比例为质量百分比，最后压制成预制块，预制块经烧结后待冷却到15℃时取出；
（2）将步骤（1）得到的烧结并冷却后的预制块在320℃、50MPa条件下热压6min，即制备得到氧化铝/铝硅基复合材料。
其中铸造粉尘来自于普通铸造车间产生的粉尘，主要成分为SiO2；上述铸造粉尘制备成300目的石英粉的过程为：铸造粉尘经过筛选、酸洗、过滤、烘干、筛分制成石英粉；上述废铝制品来源于生活废弃物中的废铝易拉罐、建筑废弃物中的铝型材门窗或工业废弃物中的报废铝制品；上述压制成预制块的过程为：在150MPa的压力下压制成坯块，保压3min，脱模后得到预制块；上述预制块的烧结过程为：在氩气气氛下，以5℃/min的升温速率升至350℃预热30min，然后升高到720℃，保温2h；上述烧结后冷却的冷却速率为3℃/min。
该氧化铝/铝硅基复合材料的性能参数表如表1所示。
实施例2
该制备氧化铝/铝硅基复合材料的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将铸造粉尘制备成400目的石英粉，废铝制品依次经过除杂压制成铝块、熔炼除渣、超声波雾化制成400目的铝粉，然后在氩气保护下，将石英粉和铝粉按配比经球磨混合均匀，其中铸造粉尘为20.17%，废铝制品为79.83%，以上比例为质量百分比，最后压制成预制块，预制块经烧结后待冷却到30℃时取出；
（2）将步骤（1）得到的烧结并冷却后的预制块在330℃、80MPa条件下热压6min，即制备得到氧化铝-铝硅基复合材料。
其中铸造粉尘来自于普通铸造车间产生的粉尘，主要成分为SiO2；上述铸造粉尘制备成400目的石英粉的过程为：铸造粉尘经过筛选、酸洗、过滤、烘干、筛分制成石英粉；上述废铝制品来源于生活废弃物中的废铝易拉罐、建筑废弃物中的铝型材门窗或工业废弃物中的报废铝制品；上述压制成预制块的过程为：在225MPa的压力下压制成坯块，保压1min，脱模后得到预制块；上述预制块的烧结过程为：在氩气气氛下，以10℃/min的升温速率升至350℃预热30min，然后升高到750℃，保温3h；烧结后冷却的冷却速率为3℃/min。
该氧化铝/铝硅基复合材料的性能参数表如表1所示。
实施例3
该制备氧化铝/铝硅基复合材料的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将铸造粉尘制备成400目的石英粉，废铝制品依次经过除杂压制成铝块、熔炼除渣、超声波雾化制成300目的铝粉，然后在氩气保护下，将石英粉和铝粉按配比经球磨混合均匀，其中铸造粉尘为28.85%，废铝制品为71.15%，以上比例为质量百分比，最后压制成预制块，预制块经烧结后待冷却到25℃时取出；
（2）将步骤（1）得到的烧结并冷却后的预制块在350℃、100MPa条件下热压10min，即制备得到氧化铝/铝硅基复合材料。
其中铸造粉尘来自于普通铸造车间产生的粉尘，主要成分为SiO2；上述铸造粉尘制备成400目的石英粉的过程为：铸造粉尘经过筛选、酸洗、过滤、烘干、筛分制成石英粉；上述废铝制品来源于生活废弃物中的废铝易拉罐、建筑废弃物中的铝型材门窗或工业废弃物中的报废铝制品；上述压制成预制块的过程为：在300MPa的压力下压制成坯块，保压5min，脱模后得到预制块；上述预制块的烧结过程为：在氩气气氛下，以5℃/min的升温速率升至350℃预热30min，然后升高到720℃，保温2.5h；上述烧结后冷却的冷却速率为3℃/min。
该氧化铝/铝硅基复合材料的性能参数表如表1所示。
表1实施例获得的氧化铝/铝硅基复合材料的性能参数对照表
注：磨损率为材料磨损前后质量差和磨损前质量的比率，对磨材料为45#钢
实施例4
该制备氧化铝/铝硅基复合材料的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将铸造粉尘制备成350目的石英粉，废铝制品依次经过除杂压制成铝块、熔炼除渣、超声波雾化制成350目的铝粉，然后在氩气保护下，将石英粉和铝粉按配比经球磨混合均匀，其中铸造粉尘为10%，废铝制品为90%，以上比例为质量百分比，最后压制成预制块，预制块经烧结后待冷却到20℃时取出；
（2）将步骤（1）得到的烧结并冷却后的预制块在340℃、90MPa条件下热压5min，即制备得到氧化铝/铝硅基复合材料。
其中铸造粉尘来自于普通铸造车间产生的粉尘，主要成分为SiO2；上述铸造粉尘制备成350目的石英粉的过程为：铸造粉尘经过筛选、酸洗、过滤、烘干、筛分制成石英粉；上述废铝制品来源于生活废弃物中的废铝易拉罐、建筑废弃物中的铝型材门窗或工业废弃物中的报废铝制品；上述压制成预制块的过程为：在180MPa的压力下压制成坯块，保压4min，脱模后得到预制块；上述预制块的烧结过程为：在氩气气氛下，以8℃/min的升温速率升至350℃预热30min，然后升高到730℃，保温2.5h；烧结后冷却的冷却速率为3℃/min。
实施例5
该制备氧化铝/铝硅基复合材料的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将铸造粉尘制备成300目的石英粉，废铝制品依次经过除杂压制成铝块、熔炼除渣、超声波雾化制成300目的铝粉，然后在氩气保护下，将石英粉和铝粉按配比经球磨混合均匀，其中铸造粉尘为30%，废铝制品为70%，以上比例为质量百分比，最后压制成预制块，预制块经烧结后待冷却到25℃时取出；
（2）将步骤（1）得到的烧结并冷却后的预制块在330℃、50MPa条件下热压5min，即制备得到氧化铝/铝硅基复合材料。
其中铸造粉尘来自于普通铸造车间产生的粉尘，主要成分为SiO2；上述铸造粉尘制备成300目的石英粉的过程为：铸造粉尘经过筛选、酸洗、过滤、烘干、筛分制成石英粉；上述废铝制品来源于生活废弃物中的废铝易拉罐、建筑废弃物中的铝型材门窗或工业废弃物中的报废铝制品；上述压制成预制块的过程为：在150MPa的压力下压制成坯块，保压3min，脱模后得到预制块；上述预制块的烧结过程为：在氩气气氛下，以8℃/min的升温速率升至350℃预热30min，然后升高到740℃，保温2h；上述烧结后冷却的冷却速率为3℃/min。
Claims (2)
1.一种制备氧化铝/铝硅基复合材料的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）首先将铸造粉尘制备成300～400目的石英粉，废铝制品依次经过除杂压制成铝块、熔炼除渣、超声波雾化制成300～400目的铝粉，然后在氩气保护下，将石英粉和铝粉按配比经球磨混合均匀，其中铸造粉尘为10～30%，废铝制品为70～90%，以上比例为质量百分比，最后压制成预制块，预制块经烧结后待冷却到15～30℃时取出；
（2）将步骤（1）得到的烧结并冷却后的预制块在320～350℃、50～100MPa条件下热压5～10min，即制备得到氧化铝/铝硅基复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备氧化铝/铝硅基复合材料的方法，其特征在于：所述铸造粉尘来自于普通铸造车间产生的粉尘，主要成分为SiO2。
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