CN104120310B - 一种铝基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属复合材料技术领域，特别涉及一种铝基复合材料及其制备方法。本发明所述复合材料，以铝或铝合金为基体，其特征是：铝或铝合金基体中含有弥散分布的纳米Al3BC及亚微米Al4C3颗粒；Al3BC的质量百分比为4.0～50.0，尺寸为10～100nm；Al4C3的质量百分比为0.5～10.0，尺寸为200～500nm；Al4C3中还掺杂有微量B元素，有效地改善了Al4C3的脆性及三维形貌；Al3BC与Al4C3对材料形成互补和协同强化作用。其制备方法为：首先将铝或铝合金粉末和石墨粉混合均匀，球磨4～32小时后与纳米B4C粉混合均匀，继续球磨4～16小时；压制成块后放入真空炉中加热至500～1000℃，并保温0.5～10小时，保温过程中对试样施加60～100MPa压力，即可得到该复合材料。该铝基复合材料具有高强高韧、耐磨耐热等优异力学性能。
Description
技术领域
本发明属复合材料技术领域，特别涉及一种铝基复合材料及其制备方法。
背景技术
由于环保和节能的需要，轻量化已经成为现代工业的发展潮流，铝合金取代钢铁材料是大势所趋，然而随着现代生产工艺的发展，诸多领域对材料性能的要求越来越高，如汽车行业中活塞、气缸等对材料耐磨性、耐疲劳性能等要求越来越高，航空航天发动机对材料的耐热性能提出了极高的要求，目前常用的铸造铝合金已无法达到要求，因此开发高比强度、比刚度、高耐磨耐蚀耐热性能的铝基复合材料显得尤为重要。
纯铝和铝合金都可以作为铝基复合材料的基体，其中以铝合金作为基体的复合材料居多，工业上常用的Al-Si、Al-Mg、Al-Cu系合金在铝基复合材料中都有应用。当前铝基复合材料研究主要集中在两个方面：采用连续纤维增强的铝基复合材料；采用非连续增强体增强的铝基复合材料。相对来说，后者具有制备工艺简单、增强体成本低廉等优点，实现工业化大批量生产的潜力大。
颗粒增强铝基复合材料的制备方法包括外加法与原位合成法，原位合成的增强体在金属基体内形核、长大，与基体的界面结合较好，结合强度较高，且增强体表面无污染，具有更广阔的应用前景。
目前，作为复合材料增强相的颗粒有很多，包括Al2O3、TiC、TiB2、SiC等，本发明提出将Al3BC作为铝及其合金增强相的新方法。Al3BC为密排六方结构，密度为2.85g/cm3，杨氏模量达326GPa，在1.6-4.8GPa压力和1700K以下能保持稳定。由此可见，该粒子具有密度低、硬度高、高温稳定性好和弹性模量高等一系列优点，是一种具有重要发展潜力的增强粒子。与Al2O3、TiC、TiB2等相比，Al3BC具有更低的密度，与铝的密度相近，因此其更易弥散地分散在铝基体中。另外，Al3BC具有较高的弹性模量，且尺寸细小稳定。文献(Al3BC增强AZ91镁基复合材料的研究，贾龙凯等，特种铸造及有色合金，2012年年会专刊：221-223)报道了一种原位自生Al3BC增强镁基复合材料，其将Al-B-C中间合金加入到镁合金熔体中制备得到Al3BC增强镁基复合材料，该材料中Al3BC尺寸较大，存在聚集，体积分数受中间合金限制，无法实现高体积分数复合材料的制备，且制备方法难以控制。
Al4C3熔点为2100℃，密度为2.36g/cm3，硬度强度较高，是一种具有发展潜力的增强相，有研究指出，Al4C3可有效提高铝合金耐磨性，但由于其脆性较高，尺寸粗大的板片状Al4C3对基体割裂作用严重，限制了其作为增强相的应用。本发明通过改善制备工艺，原位反应制备的Al4C3尺寸细小，并且掺杂有微量B元素，使其三维形貌由板片状转变为多面体状，同时降低了Al4C3的脆性，有效改善了其对基体的割裂作用。通过与Al3BC颗粒的复合增强及协同作用，使材料的强度、硬度、耐磨性和耐热性能显著提高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种综合力学性能良好的铝基复合材料，并且提供一种工艺简便、适合工业化生产的制备方法。
本发明是通过以下方式实现的:
一种铝基复合材料，以铝或铝合金为基体，其特征是：铝或铝合金基体中含有弥散分布的纳米Al3BC及亚微米Al4C3颗粒；其中，Al3BC的质量百分比为4.0～50.0，尺寸为10～100nm；Al4C3的质量百分比为0.5～10.0，尺寸为200～500nm；Al4C3中还掺杂有微量B元素，有效地改善了Al4C3的脆性及三维形貌；Al3BC与Al4C3对材料形成互补和协同强化作用。
上述铝基复合材料的制备方法，其特征包括以下步骤:
(1)按以下质量百分比准备好所需原料：铝或铝合金粉末(粒度≤50μm)87.0～95.1、B4C粉(粒度≤50nm)0.5～6.5、石墨粉(粒度≤5μm)0.4～7.0；
(2)将步骤(1)所述铝或铝合金粉末与石墨粉混合均匀，在高能球磨机上球磨4～32小时，然后与上述B4C粉混合均匀，继续球磨4～16小时，最后利用液压机将粉末压制成块体；
(3)将步骤(2)所述块体放入真空炉中加热至500～1000℃，并保温0.5～10小时，在保温过程中对试样施加60～100MPa压力。
本发明基体中原位生成了弥散分布的纳米Al3BC及亚微米Al4C3颗粒，并通过Al3BC及Al4C3颗粒的协同强化作用，实现材料的高强高韧、耐磨耐热性能。由于Al3BC及Al4C3增强粒子为原位生成，与铝基体界面清洁无污染，界面结合强度高。力学性能测试表明，Al3BC、Al4C3复合增强铝基复合材料的拉伸强度、硬度、耐磨性和耐热性能均有大幅度提高，是一种具有重要应用前景的高强高韧、耐磨耐热铝基复合材料。
相对于现有技术成果，本发明有如下优点：
(1)增强颗粒细小弥散。纳米Al3BC尺寸为10～100nm，亚微米Al4C3尺寸为200～500nm，均为多面体形貌，并弥散分布在铝基体中。
(2)Al3BC与Al4C3对材料形成互补和协同强化作用。纳米Al3BC有利于实现材料的高强高韧，亚微米Al4C3对提高材料的耐磨性具有重要作用，两种粒子协同作用提高材料的耐热性能，即通过两种增强粒子的互补及协同强化作用，可实现材料的高强高韧、耐磨耐热。
(3)Al4C3中掺杂有微量的B元素，有效地改善了Al4C3的脆性及三维形貌。由于掺杂了微量的B元素，Al4C3的三维形貌由粗大的板片状转变为细小的多面体状，并且其脆性得到有效改善，进而降低了其对基体的割裂作用，提高了颗粒增强效果。
(4)Al3BC和Al4C3两种增强体在基体中原位生成，表面洁净、无污染，且均与基体润湿良好，界面结合强度较高。
(5)熔体反应法工艺简便，可控性强，易实现高体积分数颗粒增强铝基复合材料的制备。
具体实施方式
下面给出本发明的几个最佳实施例：
实施例1
(1)按以下质量百分比准备好所需原料：铝粉(粒度≤50μm)93.9、纳米B4C粉(粒度≤50nm)2.5、石墨粉(粒度≤5μm)3.6；
(2)将上述铝粉与石墨粉混合均匀，在高能球磨机上球磨12小时，然后与纳米B4C粉混合均匀，继续球磨4小时，最后利用液压机压制成圆柱形块状；
(3)将上述圆柱块放入真空炉中加热至800℃，并保温4小时，保温过程中施加60MPa压力。得到铝基复合材料，其具体成分(质量百分比)为：Al-18Al3BC-8Al4C3，Al3BC尺寸为10～100nm，Al4C3尺寸为200～500nm。
实施例2
(1)按以下质量百分比准备好所需原料：Al-5Cu粉末(粒度≤50μm)90.6、纳米B4C粉(粒度≤50nm)5.0、石墨粉(粒度≤5μm)4.4；
(2)将上述Al-5Cu粉末与石墨粉混合均匀，在高能球磨机上球磨16小时，然后与纳米B4C粉混合均匀，继续球磨8小时，最后利用液压机压制成圆柱形块状；
(3)将上述圆柱块放入真空炉中加热至800℃，并保温5小时，保温过程中施加80MPa压力。得到铝-铜基复合材料，其具体成分(质量百分比)为：Al-4.5Cu-37Al3BC-4Al4C3，Al3BC尺寸为10～100nm，Al4C3尺寸为200～500nm。
实施例3
(1)按以下质量百分比准备好所需原料：Al-10Si粉(粒度≤50μm)94.0、纳米B4C粉(粒度≤50nm)3.0、石墨粉(粒度≤5μm)3.0；
(2)将上述Al-10Si粉与石墨粉混合均匀，在高能球磨机上球磨12小时，然后与纳米B4C粉混合均匀，继续球磨8小时，最后利用液压机压制成圆柱形块状；
(3)将上述圆柱块放入真空炉中加热至700℃，并保温4小时，保温过程中施加90MPa压力。得到铝-硅基复合材料，其具体成分(质量百分比)为：Al-9.4Si-22Al3BC-4Al4C3，Al3BC尺寸为10～100nm，Al4C3尺寸为200～500nm。
实施例4
(1)按以下质量百分比准备好所需原料：Al-10Si-3Cu粉(粒度≤50μm)92.0、纳米B4C粉(粒度≤50nm)4.5、石墨粉(粒度≤5μm)3.5；
(2)将上述Al-10Si-3Cu粉与石墨粉混合均匀，在高能球磨机上球磨14小时，然后与纳米B4C粉混合均匀，继续球磨10小时，最后利用液压机压制成圆柱形块状；
(3)将上述圆柱块放入真空炉中加热至750℃，并保温6小时，保温过程中施加80MPa压力。得到铝-硅-铜基复合材料，其具体成分(质量百分比)为：Al-9.2Si-2.8Cu-33Al3BC-2Al4C3，Al3BC尺寸为10～100nm，Al4C3尺寸为200～500nm。
实施例5
(1)按以下质量百分比准备好所需原料：Al-1Mg-0.8Si粉(粒度≤50μm)94.5、纳米B4C粉(粒度≤50nm)3.0、石墨粉(粒度≤5μm)2.5；
(2)将上述Al-1Mg-0.8Si粉与石墨粉混合均匀，在高能球磨机上球磨12小时，然后与纳米B4C粉混合均匀，继续球磨8小时，最后利用液压机压制成圆柱形块状；
(3)将上述圆柱块放入真空炉中加热至750℃，并保温4小时，保温过程中施加70MPa压力。得到铝-镁-硅基复合材料，其具体成分(质量百分比)为：Al-0.95Mg-0.76Si-22Al3BC-2Al4C3，Al3BC尺寸为10～100nm，Al4C3尺寸为200～500nm。
Claims (2)
1.一种铝基复合材料，以铝或铝合金为基体，铝合金为Al-5Cu、Al-10Si、Al-10Si-3Cu、Al-1Mg-0.8Si合金中的一种；其特征是：铝或铝合金基体中含有弥散分布的纳米Al3BC及亚微米Al4C3颗粒；Al3BC的质量百分比为4.0～50.0，尺寸为10～100nm；Al4C3的质量百分比为0.5～10.0，尺寸为200～500nm；Al3BC与Al4C3对材料形成互补和协同强化作用。
2.根据权利要求1所述一种铝基复合材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1)按以下质量百分比准备好所需原料：铝或铝合金粉末87.0～95.1、B4C粉0.5～6.5、石墨粉0.4～7.0；铝或铝合金粉末的粒度≤50μm，石墨粉的粒度≤5μm，B4C粉的粒度≤50nm；
(2)将步骤(1)所述铝或铝合金粉末与石墨粉混合均匀，在高能球磨机上球磨4～32小时后与上述B4C粉混合均匀，继续球磨4～16小时，最后利用液压机将粉末压制成块体；
(3)将步骤(2)所述块体放入真空炉中加热至500～1000℃，并保温0.5～10小时，保温过程中对试样施加60～100MPa压强。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| RU2750658C1 (ru) * | 2020-12-16 | 2021-06-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» | Способ получения алюминиевого сплава, армированного карбидом бора |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105385902B (zh) * | 2015-12-10 | 2017-03-08 | 山东大学 | 一种AlN与AlB2颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 |
| CN107868879A (zh) * | 2016-09-26 | 2018-04-03 | 罗宇晴 | 高散热铝件的组成物及其制造方法 |
| RU2768400C2 (ru) * | 2017-04-07 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Наноструктурный композиционный материал на основе алюминия |
| CN107699720A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-02-16 | 隆达铝业（烟台）有限公司 | 一种铝合金变质剂及用其进行铝合金浇铸的工艺 |
| CN110951979B (zh) * | 2019-11-07 | 2021-06-29 | 广州致远新材料科技有限公司 | 高强高导热压铸铝合金材料的制备方法及压铸铝合金材料 |
| CN110724860B (zh) * | 2019-11-18 | 2021-02-12 | 珠海市润星泰电器有限公司 | 一种高导热颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 |
| CN111378861B (zh) * | 2020-03-24 | 2021-01-01 | 北京科技大学 | 一种原位合成双相颗粒增强铝基复合材料的制备方法 |
| CN114875276B (zh) * | 2022-04-22 | 2022-10-14 | 山东迈奥晶新材料有限公司 | 嵌合式复合粒子增强铝基复合材料及其制备方法 |
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| CN116463528B (zh) * | 2023-03-30 | 2023-12-19 | 山东大学 | 包覆式复合粒子增强高强高模量铝基复合材料及制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5394929A (en) * | 1992-07-17 | 1995-03-07 | The Dow Chemical Company | Method of preparing boron carbie/aluminum cermets having a controlled microstructure |
| US6630247B1 (en) * | 1998-08-12 | 2003-10-07 | Dow Global Technologies Inc. | Ceramic-metal composite and method to form said composite |
| CN102329993A (zh) * | 2011-09-07 | 2012-01-25 | 山东大学 | 一种高硼高碳铝基中间合金及其制备方法 |
| CN103613389A (zh) * | 2013-11-29 | 2014-03-05 | 宁波伏尔肯机械密封件制造有限公司 | 碳化硼陶瓷烧结制备方法 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5394929A (en) * | 1992-07-17 | 1995-03-07 | The Dow Chemical Company | Method of preparing boron carbie/aluminum cermets having a controlled microstructure |
| US6630247B1 (en) * | 1998-08-12 | 2003-10-07 | Dow Global Technologies Inc. | Ceramic-metal composite and method to form said composite |
| CN102329993A (zh) * | 2011-09-07 | 2012-01-25 | 山东大学 | 一种高硼高碳铝基中间合金及其制备方法 |
| CN103613389A (zh) * | 2013-11-29 | 2014-03-05 | 宁波伏尔肯机械密封件制造有限公司 | 碳化硼陶瓷烧结制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2750658C1 (ru) * | 2020-12-16 | 2021-06-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» | Способ получения алюминиевого сплава, армированного карбидом бора |
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