CN104532031B - 一种纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法，首先将纳米陶瓷颗粒与铝粉末按质量比1:1～2:3混合60～70rpm球磨50～60h；将混合粉末放入坩锅内加热至660～670℃；空冷、碾碎，过筛；将铝合金放入坩锅内熔化，700～750℃时，按纳米陶瓷颗粒的加入量为铝合金熔体的1～4wt.%的量，将混合粉末在5～10min中加入到铝合金熔体中，同时高能超声，频率20KHz、功率1～3KW，之后继续超声5～10min；将熔体降温至660～700℃后，超声处理60～120s，频率20KHz、功率1～2KW；浇入400～450℃的金属模型中。本发明得到的铝基纳米复合材料组织中晶粒细小，且纳米陶瓷颗粒分布均匀，无团聚现象。工艺成本低、简单；安全可靠；操作方便。
Description
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。陶瓷颗粒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。大量研究发现纳米陶瓷颗粒与铝合金熔体的润湿性差，且在熔体中的状态不稳定。而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纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法。
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：首先将纳米陶瓷颗粒与铝粉末混合进行球磨50～60h，其中纳米陶瓷颗粒及铝粉末的质量比为1:1～2:3，球磨速度为60～70rpm；将混合粉末放入坩锅内加热，温度控制在660～670℃；空冷、碾碎，过筛，其中网孔尺寸为1000～850μm；将铝合金放入坩锅内加热、熔化，在温度700～750℃时，按纳米陶瓷颗粒的加入量为铝合金熔体的1～4wt.%的量，将上述过筛后的混合粉末加入到铝合金熔体中，加入时间为5～10min，在加入过程中引入高能超声到铝合金熔体中，超声频率20KHz、功率1～3KW，之后继续超声处理5～10min；将熔体降温度至660～700℃后，超声处理60～120s，超声频率20KHz、功率1～2KW；浇入到经400～450℃预热处理的金属模型中，即可获得纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
本发明所述的纳米陶瓷及铝的颗粒尺寸优选为纳米陶瓷颗粒30～100nm，铝粉末58～75μm。
纯铝颗粒塑性较好，容易被陶瓷颗粒压入。低能球磨尽可能很好地分散颗粒又可以避免有害的化学反应。熔体表面张力的作用可以使小颗粒很难加入而大颗粒因其自身重力可以很容易克服这种抗力。超声对熔体产生的空化、声流对颗粒的润湿及分散有很大的促进作用。
本发明得到的铝基纳米复合材料组织中晶粒细小，且纳米陶瓷颗粒分布均匀，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7075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。
首先将纳米氮化铝颗粒及铝粉末进行球磨60h，其中纳米颗粒及铝粉末的质量比为1:1，球磨速度为70rpm；将混合粉末放入坩锅内加热，温度控制在660℃；空冷、碾碎，过筛，其中网孔尺寸为850μm；将A356铝合金放入坩锅内加热、熔化，在温度750℃时，按纳米陶瓷颗粒的加入量为铝合金熔体的1wt.%的量，将上述过筛后的粉末加入到铝合金熔体中，加入时间为10min，在加入过程中引入高能超声到铝合金熔体中，超声频率20KHz、功率1KW，而后继续超声处理5min；将熔体降温度至700℃后，超声处理120s，超声频率20KHz、功率1KW；浇入到经400℃预热处理的金属模型中，即可获得纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
实施例2。
首先将纳米氧化铝颗粒及铝粉末进行球磨50h， 其中纳米颗粒及铝粉末的质量比为2:3，球磨速度为60rpm；将混合粉末放入坩锅内加热，温度控制在670℃；空冷、碾碎，过筛，其中网孔尺寸为1000μm；将7075铝合金放入坩锅内加热、熔化，在温度700℃时，按纳米陶瓷颗粒的加入量为铝合金熔体的2wt.%的量，将上述过筛后的粉末加入到铝合金熔体中，加入时间为10min，在加入过程中引入高能超声到铝合金熔体中，超声频率20KHz、功率1KW，而后继续超声处理10min；将熔体降温度至700℃后，超声处理120s，超声频率20KHz、功率1KW；浇入到经400℃预热处理的金属模型中，即可获得纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
实施例3。
首先将纳米氧化镁颗粒及铝粉末进行球磨55h，其中纳米颗粒及铝粉末的质量比为2:3，球磨速度为70rpm；将混合粉末放入坩锅内加热，温度控制在660℃；空冷、碾碎，过筛，其中网孔尺寸为850μm；将6061铝合金放入坩锅内加热、熔化，在温度750℃时，按纳米陶瓷颗粒的加入量为铝合金熔体的3wt.%的量，将上述过筛后的粉末加入到铝合金熔体中，加入时间为10min，在加入过程中引入高能超声到铝合金熔体中，超声频率20KHz、功率3KW，而后继续超声处理5min；将熔体降温度至700℃后，超声处理60s，超声频率20KHz、功率1.5KW；浇入到经400℃预热处理的金属模型中，即可获得纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
附图1为实施例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。超声空化、声流作用使得纳米陶瓷粉末在熔体中均匀分布，在凝固过程中纳米陶瓷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。空化产生的冲击力是枝晶臂在根部断裂，这使得形核率大大提高，从而对基体晶粒的细化起到促进作用。
Claims (2)
1.一种纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征是首先将纳米陶瓷颗粒与铝粉末混合进行球磨50～60h，其中纳米陶瓷颗粒及铝粉末的质量比为1:1～2:3，球磨速度为60～70rpm；将混合粉末放入坩锅内加热，温度控制在660～670℃；空冷、碾碎，过筛，其中网孔尺寸为1000～850μm；将铝合金放入坩锅内加热、熔化，在温度700～750℃时，按纳米陶瓷颗粒的加入量为铝合金熔体的1～4wt.%的量，将上述过筛后的混合粉末加入到铝合金熔体中，加入时间为5～10min，在加入过程中引入高能超声到铝合金熔体中，超声频率20KHz、功率1～3KW，之后继续超声处理5～10min；将熔体降温度至660～700℃后，超声处理60～120s，超声频率20KHz、功率1～2KW；浇入到经400～450℃预热处理的金属模型中，即可获得纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征是所述的纳米陶瓷及铝的颗粒尺寸为纳米陶瓷颗粒30～100nm，铝粉末58～75μm。
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