CN104372209B - 一种铝基粉末冶金复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝基粉末冶金复合材料及其制备方法，该复合材料由以下重量百分比的物质组成：碳纳米管0.6%‑4.8%、硅6%‑8.5%、铋0.1%‑0.2%、锰3.5%‑4.5%、镁1.2%‑2.5%、钛1.5%‑2.7%、铬0.5%‑1.4%、氧化硼0.3%‑1%、铍0.2%‑0.5%，余量为铝。制备方法：a、机械球磨混料机均匀混合；b、超声震荡充分搅拌；c、烧结即得铝基粉末冶金复合材料。本发明制备的铝基粉末冶金复合材料的弹性模量、抗拉强度以及延伸率高，综合性能良好，延长了使用寿命，方法适用范围广，节能省时，工艺可靠高效，利于规模化生产。

Description

一种铝基粉末冶金复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金复合材料及其制备方法，特别涉及一种铝基粉末冶金复合材料及其制备方法。
背景技术
铝合金由于密度小、强度高、塑性好等特性，在国民经济和航空航天、国防军工等高新技术领域有非常广泛的应用。随着世界各国对节能减排、环境污染问题的日益重视，对铝合金的力学性能提出了更高的要求。
粉末冶金是制取金属或用金属粉末作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。
由于发展的需要已对铝合金的力学性能提出了更高的要求，但现有铝合金的弹性模量、抗拉强度以及延伸率较低无法满足目前的要求，因此提出利用粉末冶金技术制备力学性能好的铝基复合材料。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术的不足而提供一种弹性模量高、抗拉强度高以及延伸率高的铝基粉末冶金复合材料及其制备方法。
本发明的一种铝基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成：碳纳米管0.6％-4.8％、硅6％-8.5％、铋0.1％-0.2％、锰3.5％-4.5％、镁1.2％-2.5％、钛1.5％-2.7％、铬0.5％-1.4％、氧化硼0.3％-1％、铍0.2％-0.5％，余量为铝。
优选的，一种铝基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成：碳纳米管1％-4％、硅7％-8％、铋0.12％-0.18％、锰3.7％-4.2％、镁1.5％-2.0％、钛1.8％-2.2％、铬0.8％-1.2％、氧化硼0.5％-0.8％、铍0.3％-0.4％，余量为铝。
更优选的，一种铝基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成：碳纳米管2.5％、硅7.5％、铋0.15％、锰4.0％、镁1.7％、钛2.0％、铬1.0％、氧化硼0.6％、铍0.35％，余量为铝。
一种铝基粉末冶金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a：按照重量百分比称取硅、铋、锰、镁、钛、铬、氧化硼、铍和铝，用机械球磨混料机均匀混合12-20小时，形成均匀的混合粉末备用；
b：将碳纳米管放入到无水乙醇中超声震荡15-25分钟充分搅拌，然后加入到步骤a得到的混合粉末中，再搅拌20-40分钟，得到搅拌均匀的混合物；
c、将步骤b得到的混合物于压力为120-130kgf/cm2、温度为1050-1150℃的条件下烧结15-25分钟，即得铝基粉末冶金复合材料。
优选的，步骤b中所述的将碳纳米管放入到无水乙醇中超声震荡20分钟充分搅拌。
优选的，步骤c中所述的于压力为125kgf/cm2、温度为1100℃的条件下烧结。
有益效果：
1、本发明将碳纳米管超声震荡，再加入到铝合金中可以在不破坏碳纳米管的前提下实现碳纳米管与铝合金的均匀复合，促进碳纳米管与铝合金的界面结合，从而充分发挥复合强化，得到力学性能优异的铝基粉末冶金复合材料。
2、本发明制备的铝基粉末冶金复合材料的弹性模量、抗拉强度以及延伸率高，该复合材料的综合性能良好，延长了使用寿命。
3、本发明制备方法适用范围广，节能省时，工艺可靠高效，利于规模化生产。
具体实施方式
实施例1
一种铝基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成：碳纳米管0.6％、硅6％、铋0.1％、锰3.5％、镁1.2％、钛1.5％、铬0.5％、氧化硼0.3％、铍0.2％，余量为铝。
一种铝基粉末冶金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a：按照重量百分比称取硅、铋、锰、镁、钛、铬、氧化硼、铍和铝，用机械球磨混料机均匀混合12小时，形成均匀的混合粉末备用；
b：将碳纳米管放入到无水乙醇中超声震荡15分钟充分搅拌，然后加入到步骤a得到的混合粉末中，再搅拌20分钟，得到搅拌均匀的混合物；
c、将步骤b得到的混合物于压力为120kgf/cm2、温度为1050℃的条件下烧结15分钟，即得铝基粉末冶金复合材料。
实施例2
一种铝基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成：碳纳米管4.8％、硅8.5％、铋0.2％、锰4.5％、镁2.5％、钛2.7％、铬1.4％、氧化硼1％、铍0.5％，余量为铝。
一种铝基粉末冶金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a：按照重量百分比称取硅、铋、锰、镁、钛、铬、氧化硼、铍和铝，用机械球磨混料机均匀混合14小时，形成均匀的混合粉末备用；
b：将碳纳米管放入到无水乙醇中超声震荡18分钟充分搅拌，然后加入到步骤a得到的混合粉末中，再搅拌25分钟，得到搅拌均匀的混合物；
c、将步骤b得到的混合物于压力为122kgf/cm2、温度为1080℃的条件下烧结18分钟，即得铝基粉末冶金复合材料。
实施例3
一种铝基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成：碳纳米管1％、硅7％、铋0.12％、锰3.7％、镁1.5％、钛1.8％、铬0.8％、氧化硼0.5％、铍0.3％，余量为铝。
一种铝基粉末冶金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a：按照重量百分比称取硅、铋、锰、镁、钛、铬、氧化硼、铍和铝，用机械球磨混料机均匀混合16小时，形成均匀的混合粉末备用；
b：将碳纳米管放入到无水乙醇中超声震荡22分钟充分搅拌，然后加入到步骤a得到的混合粉末中，再搅拌35分钟，得到搅拌均匀的混合物；
c、将步骤b得到的混合物于压力为128kgf/cm2、温度为1120℃的条件下烧结22分钟，即得铝基粉末冶金复合材料。
实施例4
一种铝基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成：碳纳米管4％、硅8％、铋0.18％、锰4.2％、镁2.0％、钛2.2％、铬1.2％、氧化硼0.8％、铍0.4％，余量为铝。
一种铝基粉末冶金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a：按照重量百分比称取硅、铋、锰、镁、钛、铬、氧化硼、铍和铝，用机械球磨混料机均匀混合20小时，形成均匀的混合粉末备用；
b：将碳纳米管放入到无水乙醇中超声震荡25分钟充分搅拌，然后加入到步骤a得到的混合粉末中，再搅拌40分钟，得到搅拌均匀的混合物；
c、将步骤b得到的混合物于压力为130kgf/cm2、温度为1150℃的条件下烧结25分钟，即得铝基粉末冶金复合材料。
实施例5
一种铝基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成：碳纳米管2.5％、硅7.5％、铋0.15％、锰4.0％、镁1.7％、钛2.0％、铬1.0％、氧化硼0.6％、铍0.35％，余量为铝。
一种铝基粉末冶金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a：按照重量百分比称取硅、铋、锰、镁、钛、铬、氧化硼、铍和铝，用机械球磨混料机均匀混合18小时，形成均匀的混合粉末备用；
b：将碳纳米管放入到无水乙醇中超声震荡20分钟充分搅拌，然后加入到步骤a得到的混合粉末中，再搅拌30分钟，得到搅拌均匀的混合物；
c、将步骤b得到的混合物于压力为125kgf/cm2、温度为1100℃的条件下烧结20分钟，即得铝基粉末冶金复合材料。
将上述实施例制备的铝基粉末冶金复合材料进行性能测试，分别测试其弹性模量、抗拉强度以及延伸率，做好记录，测试结果如表1所示。
表1
由表1测试结果可知，以上实施例制备的铝基粉末冶金复合材料的弹性模量达125GPa，抗拉强度达613MPa，制备的铝基粉末冶金复合材料的弹性模量、抗拉强度以及延伸率较高。
本发明将碳纳米管超声震荡，再加入到铝合金中可以在不破坏碳纳米管的前提下实现碳纳米管与铝合金的均匀复合，促进碳纳米管与铝合金的界面结合，从而充分发挥复合强化，得到力学性能优异的铝基粉末冶金复合材料。
本发明最大限度发挥碳纳米管复合强化和合金强化效果，制备的铝基粉末冶金复合材料综合性能良好，同时延长了使用寿命，并且工艺节能省时，安全易行，具有规模化应用的潜力。

Claims (3)

1.一种铝基粉末冶金复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a、按照重量百分比称取硅7.5％、铋0.15％、锰4.0％、镁1.7％、钛2.0％、铬1.0％、氧化硼0.6％、铍0.35％和铝80.2％，用机械球磨混料机均匀混合12-20小时，形成均匀的混合粉末备用；
b、将重量百分比2.5％的碳纳米管放入到无水乙醇中超声震荡15-25分钟充分搅拌，然后加入到步骤a得到的混合粉末中，再搅拌20-40分钟，得到搅拌均匀的混合物；
c、将步骤b得到的混合物于压力为120-130kgf/cm2、温度为1050-1150℃的条件下烧结15-25分钟，即得铝基粉末冶金复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种铝基粉末冶金复合材料的制备方法，其特征在于步骤b中所述的将碳纳米管放入到无水乙醇中超声震荡20分钟充分搅拌。
3.根据权利要求1所述的一种铝基粉末冶金复合材料的制备方法，其特征在于步骤c中所述的于压力为125kgf/cm2、温度为1100℃的条件下烧结。
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