CN104032159A - 一种纳米氮化铝增强铝基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米氮化铝增强铝基复合材料的制备方法，首先将纳米氮化铝、铝及镁粉末在异丙醇中球磨处理20～30min，其中氮化铝、铝及镁粉末的质量比为1:2:1～4:12:1，球磨速度为100-150rpm；静置、去除异丙醇后在200～250℃下烘0.5～1h；将铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度750～780℃时，按纳米氮化铝的加入量为铝合金熔体的1～5wt.%的量，将上述粉末加入到铝合金熔体中，加入时间为5-15min，在加入过程中引入高能超声波，超声频率20KHZ、功率700～1000W，而后继续超声处理5～20min；将熔体温度控制在720-740℃，继续超声2～4min，浇入到经400～450℃预热处理的金属模型中，冷却。本发明工艺成本低、简单；安全可靠；操作方便，得到的材料组织中晶粒细小，且纳米氮化铝增强相分布均匀，无团聚现象。
Description
技术领域
本发明属于金属材料制备领域，特别涉及铝基复合材料的制备方法。
背景技术
颗粒增强铝基复合材料具有比强度、比刚度高、高耐磨性、高的减振性等许多优点。氮化铝（AlN）因其具有良好的物理化学，机械及热性能，是理想的增强相，为广大学者所关注。微米颗粒可以改善基体的屈服强度及极限抗压强度，但使基体的延展性变差。纳米颗粒能在保持很高含量下提高基体的弹性模量。强度。硬度，抗磨性及高温蠕变性，因而逐渐受到重视。但是通过传统的工艺制备纳米复合材料存在纳米颗粒易团聚、含量不高、工艺复杂、成型受限等问题，这将阻碍其进一步的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种用纳米氮化铝增强铝基复合材料的制备方法。
本发明所述的制备方法为：首先将纳米氮化铝、铝及镁粉末在异丙醇中球磨处理20～30min，其中氮化铝、铝及镁粉末的质量比为1:2:1～4:12:1，球磨速度为100-150rpm。静置、去除异丙醇后在200～250℃下烘0.5～1h；将铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度750～780℃时，按纳米氮化铝的加入量为铝合金熔体的1～5 wt.%的量，将上述粉末加入到铝合金熔体中，加入时间为5-15min，在加入过程中引入高能超声波到铝合金熔体中，超声频率20KHZ、功率700～1000W，而后继续超声处理5～20min；将熔体温度控制在720-740℃，继续超声2～4min，浇入到经400～450℃预热处理的金属模型中，冷却后即可获得。
本发明所述的纳米氮化铝、铝及镁的颗粒尺寸，最佳值为纳米氮化铝20～70nm，铝13-19μm 、镁70-100μm。
本发明得到的铝基纳米复合材料组织中晶粒细小，且纳米氮化铝增强相分布均匀，无团聚现象。此工艺成本低、简单；安全可靠；操作方便。
附图说明
图1为本发明制备的铝基纳米复合材料的显微组织。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例1。
首先将纳米氮化铝（20nm)， 铝(16μm) 及镁（70μm）粉末在异丙醇中球磨处理20min，其中氮化铝、铝及镁粉末的质量比为1:2:1，球磨速度为100rpm。静置、去除异丙醇后在200℃下烘1h；将铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度750℃时，按纳米氮化铝的加入量为铝合金熔体1wt.%，将上述粉末加入到铝合金熔体中，加入时间为5min，在加入过程中引入高能超声波到铝合金熔体中，超声频率及功率分别20KHZ，700W，而后继续超声处理5min；将熔体温度控制在720℃，继续超声2min，浇入到经400℃预热处理的金属模型中，冷却后取样。
实施例2。
首先将纳米氮化铝（20nm)， 铝(16μm) 及镁（70μm）在异丙醇中球磨处理20min，其中氮化铝、铝及镁粉末的质量比为1:2:1，球磨速度为100rpm。静置、去除异丙醇后在200℃下烘1h；将铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度780℃时，按纳米氮化铝的加入量为铝合金熔体1wt.%，将上述粉末加入到铝合金熔体中，加入时间为5min，在加入过程中引入高能超声波到铝合金熔体中，超声频率及功率分别为20KHZ，1000W，而后继续超声处理5min；将熔体温度控制在720℃，继续超声2min，浇入到经400℃预热处理的金属模型中，冷却后取样。
实施例3。
首先将纳米氮化铝（20nm)， 铝(16μm) 及镁（70μm）在异丙醇中球磨处理30min，其中氮化铝、铝及镁粉末的质量比为2:6:1，球磨速度为100rpm。静置、去除异丙醇后在200℃下烘1h；将铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度750℃时，按纳米氮化铝的加入量为铝合金熔体2wt.%，将上述粉末加入到铝合金熔体中，加入时间为8min，在加入过程中引入高能超声波到铝合金熔体中，超声频率及功率分别为20KHZ，1000W，而后继续超声处理10min；将熔体温度控制在720℃，继续超声2min，浇入到经400℃预热处理的金属模型中，冷却后取样。
实施例4。
首先将纳米氮化铝（20nm)， 铝(16μm) 及镁（70μm）在异丙醇中球磨处理30min，其中氮化铝、铝及镁粉末的质量比为4:8:1，球磨速度为150 rpm。静置、去除异丙醇后在250℃下烘1h；将铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度750℃时，按纳米氮化铝的加入量为铝合金熔体4wt.%，将上述粉末加入到铝合金熔体中，加入时间为12min，在加入过程中引入高能超声波到铝合金熔体中，超声频率及功率分别为20KHZ，1000W，而后继续超声处理20min；将熔体温度控制在740℃，继续超声2min，浇入到经400℃预热处理的金属模型中，冷却后取样。
附图1为实施实例3条件下获得的的铝基纳米复合材料组织，图中可见，所获得的铝基复合材料组织中没有树枝晶出现，取而代之的是大量的蔷薇状、球状及等轴状晶粒。超声空化、声流效应使得纳米氮化铝粉末在熔体中均匀分布，在凝固过程中纳米的氮化铝颗粒阻碍了初次铝晶粒的长大从而使复合材料的组织得到了明显的细化。
Claims (2)
1.一种纳米氮化铝增强铝基复合材料的制备方法，其特征是首先将纳米氮化铝、铝及镁粉末在异丙醇中球磨处理20～30min，其中氮化铝、铝及镁粉末的质量比为1:2:1～4:12:1，球磨速度为100-150rpm；静置、去除异丙醇后在200～250℃下烘0.5～1h；将铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度750～780℃时，按纳米氮化铝的加入量为铝合金熔体的1～5 wt.%的量，将上述粉末加入到铝合金熔体中，加入时间为5-15min，在加入过程中引入高能超声波到铝合金熔体中，超声频率20KHZ、功率700～1000W，而后继续超声处理5～20min；将熔体温度控制在720-740℃，继续超声2～4min，浇入到经400～450℃预热处理的金属模型中，冷却。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的纳米氮化铝、铝及镁的颗粒尺寸，最佳值为纳米氮化铝20～70nm，铝13-19μm 、镁70-100μm。
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