CN107299301B - 一种连续纤维抗冻铝基复合材料及制备方法 - Google Patents

一种连续纤维抗冻铝基复合材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种连续纤维抗冻铝基复合材料，该材料以质量百分数计，含有：15～20％的SiC、40～60％的Al、10～15％的Mg、1.0～1.5％的Ni、0.3～0.5％的W、1.0～1.5％的Cr、1.0～2.5％的Mo，余量为Fe，其中，SiC+0.5Al≥40％、W+Cr>1.4％、Mo+Ni<3.6％、Cr：Ni＝1：1。本发明所述的连续纤维抗冻铝基复合材料及制备方法，利用率高、制备方法简单、抗冻及耐热效果好、不易断裂、耐腐蚀等效果明显，可以利用于飞机表层、船体表层、极地考察等项目或者领域中。

Description

一种连续纤维抗冻铝基复合材料及制备方法
技术领域
本发明属于防冻复合材料技术领域，涉及一种连续纤维抗冻铝基复合材料及制备方法。
背景技术
金属基复合材料是在基体金属基础上发展起来的，它们能够克服基体金属的一些弱点，由于各种金属本身的物理性能和化学性能不同，使得不同金属基复合材料的研制和应用情况存在较大的差异。而连续纤维增强金属复合材料以其优良的力学性能表现出良好的应用前景，但是其性能和制备工艺不稳定，所制得的复合材料不具有稳定的性能表达，而本发明需要寻求一种能够利用于冷热交替明显的自然环境中，仅需涂覆于基体材料，即可获得性能好、不易断裂、耐热抗冻，在低温中，仍然能保持硬度，以此来保护基体材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中性能和制备工艺不稳定、断裂、防护性差等的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种连续纤维抗冻铝基复合材料，该材料以质量百分数计，含有：15～20％的SiC、40～60％的Al、10～15％的Mg、1.0～1.5％的Ni、0.3～0.5％的W、1.0～1.5％的Cr、1.0～2.5％的Mo，余量为Fe，其中，SiC+0.5Al≥40％、W+Cr>1.4％、Mo+Ni<3.6％、Cr：Ni＝1：1。
作为本发明的一个优选的实施例，该材料以质量百分数计，含有：18％的SiC、50％的Al、14％的Mg、1.2％的Ni、0.4％的W、1.2％的Cr、2.1％的Mo，余量为Fe。
作为本发明的一个优选的实施例，所述Fe中的一部分可以替换成C或Ca，所述Ca的质量百分数为0.2～1.1％，C的质量百分数为1.2～2.3％。
作为本发明的一个优选的实施例，所述C的质量百分数为0.8％。
作为本发明的一个优选的实施例，所述Ca的质量百分数为0.7％。
本发明还提供一种连续纤维抗冻铝基复合材料的制备方法，包括步骤：
(1)将SiC材料放入球磨罐中进行机械球磨，制成SiC粉末，然后加热制成丝状；
(2)将Al、Mg、Ni、W、Cr、Mo和Fe放入球磨罐中进行机械球磨，混合后，在真空条件下熔化成液态；
(3)在真空条件下，将丝状放入液态中，并搅拌混合均匀；
(4)将混合均匀后的混合物利用物理气相沉积法涂覆于基体材料表面。
作为本发明的一个优选的实施例，步骤(1)中所述球磨需过筛子，所述筛子为500-600目。
作为本发明的一个优选的实施例，步骤(1)中所述丝状的直径为25-30nm，长度为150-300nm。
作为本发明的一个优选的实施例，步骤(2)中所述球磨需过筛子，所述筛子为300-400目。
作为本发明的一个优选的实施例，步骤(3)所述搅拌时间为3-5h。
本发明的有益效果是：
采用Al与其他元素混合，与SiC材料结合，能够形成一种喷涂性好，在喷涂2小时后其在-50℃～100℃的温度下，维氏硬度可达560以上，能够利用于冷热交替明显的自然环境中，仅需涂覆于基体材料表面，即可获得性能好、不易断裂、耐热抗冻的效果。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的范围并不限于这些实施例。
实施例1
将占质量百分数15％的SiC材料放入球磨罐中进行机械球磨后过500目的筛子，制成SiC粉末，然后加热制成直径为25nm，长度为150nm的丝状；将60％的Al、10％的Mg、1.0％的Ni、0.5％的W、1.0％的Cr、2.5％的Mo和10％的Fe放入球磨罐中进行机械球磨后过300目的筛子，混合后，在真空条件下熔化成液态；在真空条件下，将丝状放入液态中，并搅拌3h混合均匀；将混合均匀后的混合物利用物理气相沉积法涂覆于基体材料表面。
实施例2
将占质量百分数15％的SiC材料放入球磨罐中进行机械球磨后过500目的筛子，制成SiC粉末，然后加热制成直径为25nm，长度为150nm的丝状；将60％的Al、10％的Mg、1.0％的Ni、0.5％的W、1.0％的Cr、2.5％的Mo、0.2％的Ca和9.8％的Fe放入球磨罐中进行机械球磨后过300目的筛子，混合后，在真空条件下熔化成液态；在真空条件下，将丝状放入液态中，并搅拌3h混合均匀；将混合均匀后的混合物利用物理气相沉积法涂覆于基体材料表面。
实施例3
将占质量百分数15％的SiC材料放入球磨罐中进行机械球磨后过500目的筛子，制成SiC粉末，然后加热制成直径为25nm，长度为150nm的丝状；将60％的Al、10％的Mg、1.0％的Ni、0.5％的W、1.0％的Cr、2.5％的Mo、1.2％的Ca和8.8％的Fe放入球磨罐中进行机械球磨后过300目的筛子，混合后，在真空条件下熔化成液态；在真空条件下，将丝状放入液态中，并搅拌3h混合均匀；将混合均匀后的混合物利用物理气相沉积法涂覆于基体材料表面。
实施例4
将占质量百分数18％的SiC材料放入球磨罐中进行机械球磨后过550目的筛子，制成SiC粉末，然后加热制成直径为28nm，长度为220nm的丝状；将50％的Al、14％的Mg、1.2％的Ni、0.4％的W、1.2％的Cr、2.1％的Mo和13.1％Fe放入球磨罐中进行机械球磨后过350目的筛子，混合后，在真空条件下熔化成液态；在真空条件下，将丝状放入液态中，并搅拌4h混合均匀；将混合均匀后的混合物利用物理气相沉积法涂覆于基体材料表面。
实施例5
将占质量百分数18％的SiC材料放入球磨罐中进行机械球磨后过550目的筛子，制成SiC粉末，然后加热制成直径为28nm，长度为220nm的丝状；将50％的Al、14％的Mg、1.2％的Ni、0.4％的W、1.2％的Cr、2.1％的Mo、0.8％的C和12.3％Fe放入球磨罐中进行机械球磨后过350目的筛子，混合后，在真空条件下熔化成液态；在真空条件下，将丝状放入液态中，并搅拌4h混合均匀；将混合均匀后的混合物利用物理气相沉积法涂覆于基体材料表面。
实施例6
将占质量百分数18％的SiC材料放入球磨罐中进行机械球磨后过550目的筛子，制成SiC粉末，然后加热制成直径为28nm，长度为220nm的丝状；将50％的Al、14％的Mg、1.2％的Ni、0.4％的W、1.2％的Cr、2.1％的Mo、0.8％的C、0.7％的Ca和11.6％Fe放入球磨罐中进行机械球磨后过350目的筛子，混合后，在真空条件下熔化成液态；在真空条件下，将丝状放入液态中，并搅拌4h混合均匀；将混合均匀后的混合物利用物理气相沉积法涂覆于基体材料表面。
实施例7
将占质量百分数18％的SiC材料放入球磨罐中进行机械球磨后过550目的筛子，制成SiC粉末，然后加热制成直径为28nm，长度为220nm的丝状；将50％的Al、14％的Mg、1.2％的Ni、0.4％的W、1.2％的Cr、2.1％的Mo、0.7％的Ca和12.4％Fe放入球磨罐中进行机械球磨后过350目的筛子，混合后，在真空条件下熔化成液态；在真空条件下，将丝状放入液态中，并搅拌4h混合均匀；将混合均匀后的混合物利用物理气相沉积法涂覆于基体材料表面。
实施例8
将占质量百分数20％的SiC材料放入球磨罐中进行机械球磨后过600目的筛子，制成SiC粉末，然后加热制成直径为30nm，长度为300nm的丝状；将40％的Al、15％的Mg、1.5％的Ni、0.3％的W、1.5％的Cr、1.0％的Mo和20.7％的Fe放入球磨罐中进行机械球磨后过400目的筛子，混合后，在真空条件下熔化成液态；在真空条件下，将丝状放入液态中，并搅拌5h混合均匀；将混合均匀后的混合物利用物理气相沉积法涂覆于基体材料表面。
实施例9
将占质量百分数20％的SiC材料放入球磨罐中进行机械球磨后过600目的筛子，制成SiC粉末，然后加热制成直径为30nm，长度为300nm的丝状；将40％的Al、15％的Mg、1.5％的Ni、0.3％的W、1.5％的Cr、1.0％的Mo、1.1％的Ca和19.6％的Fe放入球磨罐中进行机械球磨后过400目的筛子，混合后，在真空条件下熔化成液态；在真空条件下，将丝状放入液态中，并搅拌5h混合均匀；将混合均匀后的混合物利用物理气相沉积法涂覆于基体材料表面。
实施例10
将占质量百分数20％的SiC材料放入球磨罐中进行机械球磨后过600目的筛子，制成SiC粉末，然后加热制成直径为30nm，长度为300nm的丝状；将40％的Al、15％的Mg、1.5％的Ni、0.3％的W、1.5％的Cr、1.0％的Mo、2.3％的C和18.4％的Fe放入球磨罐中进行机械球磨后过400目的筛子，混合后，在真空条件下熔化成液态；在真空条件下，将丝状放入液态中，并搅拌5h混合均匀；将混合均匀后的混合物利用物理气相沉积法涂覆于基体材料表面。
上述实施例1～10中所制得的连续纤维抗冻铝基复合材料在涂覆于基体材料表面后，所获得的涂覆效果经不同长短的时间及温度测试后的结果等可以参见下表1：
Figure BDA0001307262290000061
由表1可知，在实施例6的最佳情况下，喷涂后1小时后维氏硬度可达560以上，微量的Ca和C对于效果有显著的提升；喷涂后，连续纤维抗冻铝基复合材料的效果稳定，在喷涂1年后，喷涂效果开始略有下降。
综上所述，本发明所述的连续纤维抗冻铝基复合材料及制备方法，利用率高、制备方法简单、抗冻及耐热效果好、不易断裂、耐腐蚀等效果明显，可以利用于飞机表层、船体表层、极地考察等项目或者领域中。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种连续纤维抗冻铝基复合材料，其特征在于：该材料以质量百分数计，含有：15～20％的SiC、40～60％的Al、10～15％的Mg、1.0～1.5％的Ni、0.3～0.5％的W、1.0～1.5％的Cr、1.0～2.5％的Mo，余量为Fe，其中，SiC+0.5Al≥40％、W+Cr>1.4％、Mo+Ni<3.6％、Cr：Ni＝1：1；
所述连续纤维抗冻铝基复合材料的制备方法包括步骤：(1)将SiC材料放入球磨罐中进行机械球磨，制成SiC粉末，然后加热制成丝状；
(2)将Al、Mg、Ni、W、Cr、Mo和Fe放入球磨罐中进行机械球磨，混合后，在真空条件下熔化成液态；
(3)在真空条件下，将丝状放入液态中，并搅拌混合均匀；
(4)将混合均匀后的混合物利用物理气相沉积法涂覆于基体材料表面。
2.根据权利要求1所述的连续纤维抗冻铝基复合材料，其特征在于：该材料以质量百分数计，含有：18％的SiC、50％的Al、14％的Mg、1.2％的Ni、0.4％的W、1.2％的Cr、2.1％的Mo，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的连续纤维抗冻铝基复合材料，其特征在于：所述Fe中的一部分替换成C或Ca，所述Ca的质量百分数为0.2～1.1％，C的质量百分数为1.2～2.3％。
4.根据权利要求3所述的连续纤维抗冻铝基复合材料，其特征在于：所述C的质量百分数为0.8％。
5.根据权利要求3所述的连续纤维抗冻铝基复合材料，其特征在于：所述Ca的质量百分数为0.7％。
6.根据权利要求1所述的连续纤维抗冻铝基复合材料，其特征在于：步骤(1)中所述球磨需过筛子，所述筛子为500-600目。
7.根据权利要求1所述的连续纤维抗冻铝基复合材料，其特征在于：步骤(1)中所述丝状的直径为25-30nm，长度为150-300nm。
8.根据权利要求1所述的连续纤维抗冻铝基复合材料，其特征在于：步骤(2)中所述球磨需过筛子，所述筛子为300-400目。
9.根据权利要求1所述的连续纤维抗冻铝基复合材料，其特征在于：步骤(3)所述搅拌时间为3-5h。
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