CN104513907A - 一种基于机械搅拌制备纳米氧化铝颗粒强化铝基复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于机械搅拌制备纳米氧化铝颗粒强化铝基复合材料的方法，首先将纳米氧化铝和铝粉末按质量比为1:1～1:2混合50～60rpm球磨45～50h，之后，加入镁粉末继续球磨20～25h，纳米氧化铝、铝粉末、镁粉末的质量比为4:4:3～4:8:3；将铝合金放入坩锅内熔化，660～700℃时，按纳米氧化铝的加入量为铝合金熔体的1～5wt.%的量，将上述混合粉末按1.5～2g/min加入到铝合金熔体中，同时300～400rpm机械搅拌，之后继续搅拌处理15～20min；660～680℃，浇入到450～480℃预热处理的金属模型中，冷却。本发明得到的铝基纳米复合材料组织中晶粒细小，且纳米氧化铝颗粒分布均匀，无团聚现象，工艺成本低、简单；安全可靠；操作方便。

Description

一种基于机械搅拌制备纳米氧化铝颗粒强化铝基复合材料的方法
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。氧化铝（Al2O3）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。纳米颗粒能在保持较低含量下明显提高基体的弹性模量、屈服强度、抗磨性及高温蠕变性，因而逐渐受到重视。大量研究发现铝基纳米复合材料的磨损率较纯合金及微米颗粒强化的铝基复合材料的要低。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、成型受限等问题使得铝基纳米复合材料的性能提高的潜力受到很大的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于机械搅拌制备纳米氧化铝颗粒强化铝基复合材料的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的制备方法为：首先将纳米氧化铝和铝粉末混合进行球磨45～50h，其中纳米氧化铝与铝粉末的质量比为1:1～1:2，球磨速度为50～60rpm。球磨结束后，加入镁粉末继续球磨20～25h，其中纳米氧化铝、铝粉末、镁粉末的质量比为4:4:3～4:8:3；将铝合金放入坩锅内加热、熔化，在温度660～700℃时，按纳米氧化铝的加入量为铝合金熔体的1～5wt.%的量，将上述混合粉末加入到铝合金熔体中，加入速度为1.5～2g/min，在加入过程中引入机械搅拌到铝合金熔体中，搅拌速度为300～400rpm，之后继续搅拌处理15～20min；将熔体温度控制在660～680℃，浇入到450～480℃预热处理的金属模型中，冷却后即可获得纳米氧化铝颗粒强化铝基复合材料。
本发明所述的纳米氧化铝、铝粉末、镁粉末的颗粒尺寸优选纳米氧化铝30～100nm，铝粉末58～75μm 、镁粉末58～75μm。
机械搅拌产生的涡流可以很好地分散大颗粒。微米铝颗粒与铝合金熔体有很好的润湿性且在外力作用下很容易被陶瓷粒子压入。熔体处于近液相线温度，不易产生有害的化学反应且粘度较高，有利于陶瓷颗粒在熔体中的稳定。同时镁的加入可以消耗纳米颗粒表面的气体层，或者直接跟氧化铝反应生成与基体材料有良好晶格关系的尖晶石，可以大大改善纳米颗粒与熔体的润湿性，有利于改善纳米颗粒在熔体中的分布，化学反应如下：2Mg + O2=MgO，3Mg + 4Al2O3 = 3MgAl2O4 + 2Al。
本发明得到的铝基纳米复合材料组织中晶粒细小，且纳米氧化铝颗粒分布均匀，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6063铝基纳米复合材料显微组织。
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。
首先将纳米氧化铝(30nm)和铝(58μm)混合进行球磨45h，其中纳米氧化铝与铝粉末的质量比为1:1，球磨速度为50rpm。球磨结束后，加入镁粉末(58μm)继续球磨20h，其中纳米氧化铝、铝粉末、镁粉末的质量比为4:4:3；将A356铝合金放入坩锅内加热、熔化，在温度660℃时，按纳米氧化铝的加入量为铝合金熔体的2wt.%的量，将上述混合粉末加入到铝合金熔体中，加入速度为1.5g/min，在加入过程中引入机械搅拌到铝合金熔体中，搅拌速度为300rpm，而后继续搅拌处理15min；将熔体温度控制在660℃，浇入到450℃预热处理的金属模型中，冷却后取样。在载荷为7N、转速180rpm、磨损滑移距离为600m的干摩擦实验条件下，磨损率为0.00067mm3/m，较纯合金下降了86.6%。
实施例2。
首先将纳米氧化铝(100nm)和铝(75μm) 混合进行球磨45h，其中纳米氧化铝及铝粉末的质量比为1:1，球磨速度为55rpm。球磨结束后，加入镁粉(75μm)继续球磨20h，其中纳米氧化铝、铝粉末、镁粉末的质量比为4:4:3；将6063铝合金放入粘土石墨坩锅内加热、熔化，在温度680℃时，按纳米氧化铝的加入量为铝合金熔体的2wt.%的量，将上述混合粉末加入到铝合金熔体中，加入速度为2g/min，在加入过程中引入机械搅拌到铝合金熔体中，搅拌速度为350rpm，而后继续搅拌处理20min；将熔体温度控制在660℃，浇入到450℃预热处理的金属模型中，冷却后取样。在载荷为7N、转速180rpm、磨损滑移距离为600m的干摩擦实验条件下，磨损率为0.00089mm3/m，较纯合金下降了82.2%。
附图1为实施实例2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，基体结构组织明显细化。机械搅拌产生的涡流及镁的反应润湿作用使得纳米氧化铝粉末在熔体中均匀分布，在凝固过程中纳米氧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)

1.一种基于机械搅拌制备纳米氧化铝颗粒强化铝基复合材料的方法，其特征是首先将纳米氧化铝和铝粉末混合进行球磨45～50h，其中纳米氧化铝与铝粉末的质量比为1:1～1:2，球磨速度为50～60rpm，球磨结束后，加入镁粉末继续球磨20～25h，其中纳米氧化铝、铝粉末、镁粉末的质量比为4:4:3～4:8:3；将铝合金放入坩锅内加热、熔化，在温度660～700℃时，按纳米氧化铝的加入量为铝合金熔体的1～5wt.%的量，将上述混合粉末加入到铝合金熔体中，加入速度为1.5～2g/min，在加入过程中引入机械搅拌到铝合金熔体中，搅拌速度为300～400rpm，之后继续搅拌处理15～20min；将熔体温度控制在660～680℃，浇入到450～480℃预热处理的金属模型中，冷却。
2.根据权利要求1所述的一种基于机械搅拌制备纳米氧化铝颗粒强化铝基复合材料的方法，其特征是所述的纳米氧化铝、铝粉末、镁粉末的颗粒尺寸为纳米氧化铝30～100nm，铝粉末58～75μm 、镁粉末58～75μm。
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