CN108817409A - 一种增强型金属基复合材料的制备方法 - Google Patents

一种增强型金属基复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增强型金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1：在纳米颗粒表面蒸镀膜氮化镁；S2：取金属原料放入中频感应炉中进行合金熔炼；S3：将镀膜后的纳米颗粒装入储粉罐中，S4：开启高压气体，气流经过储粉罐携带纳米颗粒形成固气两相流；S5：高压气固两相流经过雾化器后，对熔融状态的金属液流进行破碎；S6：在收集器中收取所制备的粉末颗粒。在制备过程通过在纳米颗粒的表面蒸镀产生的氧化镁可以显著增加增强体颗粒与基体熔体的润湿性，氧化镁膜可避免颗粒与外界的不良反应；金属液滴和预处理的纳米颗粒之间会经历复杂、剧烈的能量交换，促进增强结合的整体均匀，相对于固相颗粒结合，本方法结合更快速，便于规模生产。

Description

一种增强型金属基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及金属基复合材料领域，具体是一种增强型金属基复合材料的制备方法。
背景技术
金属基复合材料(metal matrix composite),简称(MMC)是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料。其增强材料大多为无机非金属，如陶瓷、碳、石墨及硼等,也可以用金属丝。它与聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳/碳复合材料一起构成现代复合材料体系。相对于传统基体合金，复合材料具有比强度、比刚度高，高温力学性能优良，耐磨性好等特点，在航空航天、汽车、电子和交通运输工业具有十分广阔的应用前景。
其中，颗粒增强复合材料因具有增强体成本低、微观结构较均匀、材料性能各向同性等优点体现出了良好的发展前景。目前颗粒增强金属基复合材料存在多种制备方法，大致可分为液相工艺、固相工艺和液固两相工艺。液相工艺包括金属熔体搅拌、熔体浸渗、原位反应等工艺步骤，固相工艺包括粉末冶金、机械合金化等等工艺步骤，液固两相工艺包括流变铸造、喷射沉积等工艺步骤。这些工艺虽然各不相同，但都是寻求增强相在金属基体中能够均匀分布。然而，现有的制备工艺方法繁杂，设备昂贵，工艺过程要求严格，不利于规模化生产使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增强型金属基复合材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种增强型金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：颗粒的预加工：在纳米颗粒表面蒸镀膜氮化镁，可以显著增加纳米颗粒与金属溶液的润湿性，氧化镁膜可避免纳米颗粒的不良界面反应，克服了真空压力浸渗法工艺复杂、成本较高，化处理温度过高等缺点；
S2：金属原料的预加工：取金属原料放入中频感应炉中进行合金熔炼；
S3：将镀膜后的纳米颗粒装入储粉罐中，储粉罐与高压进气管道连接，并通过输送装置将纳米颗粒送入进气管道；
S4：开启高压气体，气流经过储粉罐携带纳米颗粒形成固气两相流；进气管道施加超声震荡，促进固相颗粒的均匀分散；
S5：高压气固两相流经过雾化器后，对熔融状态的金属液流进行破碎，形成携带纳米颗粒的细小液滴，随后球化并冷却凝固成粉末；
S6：在收集器中收取所制备的粉末颗粒，经均匀混料、粒度选分后得到成品复合粉末。
作为本发明进一步的方案：纳米颗粒表面蒸镀膜氮化镁是将纳米颗粒、Mg粉干燥混匀后用振动平台振动，然后置于蒸镀-渗流装置中，在蒸镀-渗流装置中通入氮气，将混合粉加热到500-600℃并保温3-4h，氮气与Mg粉反应在纳米颗粒表面生成氮化镁蒸镀膜,冷却到常温；干燥条件为300-400℃干燥2-3h，振动平台振动5-10min；纳米颗粒的粒度为100-200目，Mg粉的粒度为200-300目；
作为本发明再进一步的方案：金属原料为铝基、铜基、钛基中的一种或两种以上的组合。
作为本发明再进一步的方案：纳米颗粒为Al2O3、SiC、TiB2、BN、AlN、SiO2、ZrB2、ZrO2、石墨中一种或两种以上的组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在制备过程通过在纳米颗粒的表面蒸镀产生的氧化镁可以显著增加增强体颗粒与基体熔体的润湿性，氧化镁膜可避免颗粒与外界的不良反应；克服了真空压力浸渗法工艺复杂、成本较高，化处理温度过高等缺点；金属液滴和预处理的纳米颗粒之间会经历复杂、剧烈的能量交换，促进增强结合的整体均匀，相对于固相颗粒结合，本方法结合更快速，所用时间短，提高制备效率，便于规模生产。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中，一种增强型金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：颗粒的预加工：在纳米颗粒表面蒸镀膜氮化镁，可以显著增加纳米颗粒与金属溶液的润湿性，氧化镁膜可避免纳米颗粒的不良界面反应，克服了真空压力浸渗法工艺复杂、成本较高，化处理温度过高等缺点；
S2：铝基的预加工：取铝材放入中频感应炉中进行合金熔炼；
S3：将镀膜后的纳米颗粒装入储粉罐中，储粉罐与高压进气管道连接，并通过输送装置将纳米颗粒送入进气管道；
S4：开启高压气体，气流经过储粉罐携带纳米颗粒形成固气两相流；进气管道施加超声震荡，促进固相颗粒的均匀分散；
S5：高压气固两相流经过雾化器后，对熔融状态的铝液流进行破碎，形成携带纳米颗粒的细小液滴，随后球化并冷却凝固成粉末；
S6：在收集器中收取所制备的粉末颗粒，经均匀混料、粒度选分后得到成品复合粉末。
作为本发明进一步的方案：纳米颗粒表面蒸镀膜氮化镁是将纳米颗粒、Mg粉干燥混匀后用振动平台振动，然后置于蒸镀-渗流装置中，在蒸镀-渗流装置中通入氮气，将混合粉加热到500-600℃并保温3-4h，氮气与Mg粉反应在纳米颗粒表面生成氮化镁蒸镀膜,冷却到常温；干燥条件为300-400℃干燥2-3h，振动平台振动5-10min；纳米颗粒的粒度为100-200目，Mg粉的粒度为200-300目。
纳米颗粒为Al2O3、SiC、TiB2、BN、AlN、SiO2、ZrB2、ZrO2、石墨中一种或两种以上的组合。
实施例2
本发明实施例中，一种增强型金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：颗粒的预加工：在纳米颗粒表面蒸镀膜氮化镁，可以显著增加纳米颗粒与金属溶液的润湿性，氧化镁膜可避免纳米颗粒的不良界面反应，克服了真空压力浸渗法工艺复杂、成本较高，化处理温度过高等缺点；
S2：铜基的预加工：取铜材料放入中频感应炉中进行合金熔炼；
S3：将镀膜后的纳米颗粒装入储粉罐中，储粉罐与高压进气管道连接，并通过输送装置将纳米颗粒送入进气管道；
S4：开启高压气体，气流经过储粉罐携带纳米颗粒形成固气两相流；进气管道施加超声震荡，促进固相颗粒的均匀分散；
S5：高压气固两相流经过雾化器后，对熔融状态的铜液流进行破碎，形成携带纳米颗粒的细小液滴，随后球化并冷却凝固成粉末；
S6：在收集器中收取所制备的粉末颗粒，经均匀混料、粒度选分后得到成品复合粉末。
作为本发明进一步的方案：纳米颗粒表面蒸镀膜氮化镁是将纳米颗粒、Mg粉干燥混匀后用振动平台振动，然后置于蒸镀-渗流装置中，在蒸镀-渗流装置中通入氮气，将混合粉加热到500-600℃并保温3-4h，氮气与Mg粉反应在纳米颗粒表面生成氮化镁蒸镀膜,冷却到常温；干燥条件为300-400℃干燥2-3h，振动平台振动5-10min；纳米颗粒的粒度为100-200目，Mg粉的粒度为200-300目。
纳米颗粒为Al2O3、SiC、TiB2、BN、AlN、SiO2、ZrB2、ZrO2、石墨中一种或两种以上的组合。
实施例3
本发明实施例中，一种增强型金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：颗粒的预加工：在纳米颗粒表面蒸镀膜氮化镁，可以显著增加纳米颗粒与金属溶液的润湿性，氧化镁膜可避免纳米颗粒的不良界面反应，克服了真空压力浸渗法工艺复杂、成本较高，化处理温度过高等缺点；
S2：钛基的预加工：取钛金属放入中频感应炉中进行合金熔炼；
S3：将镀膜后的纳米颗粒装入储粉罐中，储粉罐与高压进气管道连接，并通过输送装置将纳米颗粒送入进气管道；
S4：开启高压气体，气流经过储粉罐携带纳米颗粒形成固气两相流；进气管道施加超声震荡，促进固相颗粒的均匀分散；
S5：高压气固两相流经过雾化器后，对熔融状态的钛流进行破碎，形成携带纳米颗粒的细小液滴，随后球化并冷却凝固成粉末；
S6：在收集器中收取所制备的粉末颗粒，经均匀混料、粒度选分后得到成品复合粉末。
作为本发明进一步的方案：纳米颗粒表面蒸镀膜氮化镁是将纳米颗粒、Mg粉干燥混匀后用振动平台振动，然后置于蒸镀-渗流装置中，在蒸镀-渗流装置中通入氮气，将混合粉加热到500-600℃并保温3-4h，氮气与Mg粉反应在纳米颗粒表面生成氮化镁蒸镀膜,冷却到常温；干燥条件为300-400℃干燥2-3h，振动平台振动5-10min；纳米颗粒的粒度为100-200目，Mg粉的粒度为200-300目。
作为本发明再进一步的方案：纳米颗粒为Al2O3、SiC、TiB2、BN、AlN、SiO2、ZrB2、ZrO2、石墨中一种或两种以上的组合。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种增强型金属基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：颗粒的预加工：在纳米颗粒表面蒸镀膜氮化镁；
S2：金属原料的预加工：取金属原料放入中频感应炉中进行合金熔炼；
S3：将镀膜后的纳米颗粒装入储粉罐中，储粉罐与高压进气管道连接，并通过输送装置将纳米颗粒送入进气管道；
S4：开启高压气体，气流经过储粉罐携带纳米颗粒形成固气两相流；
S5：高压气固两相流经过雾化器后，对熔融状态的金属液流进行破碎，形成携带纳米颗粒的细小液滴，随后球化并冷却凝固成粉末；
S6：在收集器中收取所制备的粉末颗粒，经均匀混料、粒度选分后得到成品复合粉末。
2.根据权利要求1所述的一种增强型金属基复合材料的制备方法，其特征在于，纳米颗粒表面蒸镀膜氮化镁是将纳米颗粒、Mg粉干燥混匀后用振动平台振动，然后置于蒸镀-渗流装置中，在蒸镀-渗流装置中通入氮气，将混合粉加热到500-600℃并保温3-4h，氮气与Mg粉反应在纳米颗粒表面生成氮化镁蒸镀膜,冷却到常温。
3.根据权利要求2所述的一种增强型金属基复合材料的制备方法，其特征在于，干燥条件为300-400℃干燥2-3h，振动平台振动5-10min。
4.根据权利要求1或2所述的一种增强型金属基复合材料的制备方法，其特征在于，纳米颗粒的粒度为100-200目，Mg粉的粒度为200-300目。
5.根据权利要求2所述的一种增强型金属基复合材料的制备方法，其特征在于，在S4中的进气管道施加超声震荡。
6.根据权利要求2所述的一种增强型金属基复合材料的制备方法，其特征在于，金属原料为铝基、铜基、钛基中的一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求2所述的一种增强型金属基复合材料的制备方法，其特征在于，纳米颗粒为Al2O3、SiC、TiB2、BN、AlN、SiO2、ZrB2、ZrO2、石墨中一种或两种以上的组合。
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