CN108823448B - 一种纳米SiC增强铝基复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种纳米SiC增强铝基复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108823448B CN108823448B CN201810625960.5A CN201810625960A CN108823448B CN 108823448 B CN108823448 B CN 108823448B CN 201810625960 A CN201810625960 A CN 201810625960A CN 108823448 B CN108823448 B CN 108823448B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano sic
- composite material
- melt
- matrix composite
- aluminum matrix
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1005—Pretreatment of the non-metallic additives
- C22C1/101—Pretreatment of the non-metallic additives by coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
- C22C1/1047—Alloys containing non-metals starting from a melt by mixing and casting liquid metal matrix composites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/12—Making non-ferrous alloys by processing in a semi-solid state, e.g. holding the alloy in the solid-liquid phase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
- C22C21/14—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
- C22F1/057—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with copper as the next major constituent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及一种纳米SiC增强铝基复合材料及其制备方法，是对纳米SiC颗粒进行表面处理后，与石墨烯一同加入KH560水溶液中偶联得到石墨烯包覆纳米SiC预制粉末，通过超声搅拌的方式加入到铝合金熔体中，制备石墨烯包覆纳米SiC增强铝基复合材料。本发明制备的纳米SiC增强铝基复合材料的强度、硬度及高温力学性能均有明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及铝基复合材料，特别是涉及一种通过添加纳米SiC，以强化铝合金力学性能的铝基复合材料，以及该铝基复合材料的制备方法。
背景技术
铝基纳米复合材料，特别是纳米SiC增强铝基复合材料具有良好的力学、电学、摩擦性能，近年来，铝基纳米复合材料的制备技术一直备受关注。
相对于粉末冶金、真空热压等制备方法，利用铸造法制备铝基纳米复合材料具有工艺简单、生产效率高、成本低等优点。但是，通过搅拌铸造方法制造复合材料时，纳米颗粒容易在固化阶段团聚于晶界处，加上纳米陶瓷颗粒与铝合金的润湿性较差，导致纳米颗粒很难实现在铝合金基体中的均匀分布。
目前，纳米SiC增强铝基复合材料的制备大部分采用半固态搅拌结合热压力加工。这种加工方式很容易造成纳米颗粒聚集，弱化对铝合金强化效果的同时，更恶化了铝合金的塑韧性，制约了纳米SiC颗粒在增强铝基复合材料中的应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种力学性能增强的纳米SiC增强铝基复合材料及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明对纳米SiC颗粒进行表面处理并将其与石墨烯偶联制备得到石墨烯包覆纳米SiC预制粉末，通过超声搅拌的方式加入到铝合金熔体中，制备石墨烯包覆纳米SiC增强铝基复合材料。
具体地，本发明是按照下述步骤制备得到石墨烯包覆纳米SiC增强铝基复合材料。
1) 1150～1200℃焙烧纳米SiC颗粒进行表面氧化处理，依次酸洗和碱洗得到预处理纳米SiC。
2) 将预处理纳米SiC与石墨烯加入KH560(缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)水溶液中充分混合，蒸干后得到石墨烯包覆纳米SiC预制粉末。
3) 将铝合金加热得到熔体，降温至640～660℃，使熔体处于半固态，保温搅拌。
4) 惰性气体保护下，将所述预制粉末加入搅拌的熔体中，并对熔体施以超声处理，使预制粉末均匀分布在所述熔体中。
5) 将搅拌均匀的熔体加热至710～730℃，浇入预热的金属模具中，制备纳米SiC增强铝基复合材料。
其中，是将所述预处理纳米SiC与石墨烯以15～20∶1的质量比混合加入所述KH560水溶液中。
优选地，所述KH560水溶液的体积浓度为10～15Vol%。
进而，本发明将所述预处理纳米SiC与石墨烯加入KH560水溶液中，水浴80～100℃超声处理30～50min。
具体地，本发明是将所述纳米SiC颗粒在1150～1200℃焙烧2～3h。
更具体地，本发明所述的酸洗是将所述纳米SiC颗粒在4～5Vol%HF溶液中酸洗25～35min。
所述的碱洗是将纳米SiC颗粒放入到95～100℃的饱和NaOH溶液中处理2～3h。
优选地，本发明是将所述熔体降温至半固态温度，保温搅拌5～10min后，再加入所述预制粉末。
更优选地，本发明是将所述预制粉末以400～600rmp的速度搅拌到所述熔体中。
本发明所述预制粉末的加入量占铝合金溶体质量的3～5%。
加入所述预制粉末后，继续将铝合金溶体搅拌并超声处理10～20min。
进一步地，本发明将加入预制粉末后的铝合金熔体先加热至730～740℃进行精炼处理，再降温至700～710℃进行浇注。
更进一步地，本发明将浇注得到的复合材料先在533～543℃下固溶处理14～16h，水淬后，再于154～156℃时效处理8～10h，得到最终的纳米SiC增强铝基复合材料。
经测试，本发明制备的纳米SiC增强铝基复合材料的强度、硬度以及高温力学性能均有了明显提高。
附图说明
图1是ZL205A-3%SiC-GNPs复合材料的金相扫描图。
图2是ZL205A-3%SiC复合材料的金相扫描图。
具体实施方式
下述实施例仅为本发明的优选技术方案，并不用于对本发明进行任何限制。对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1。
在石英坩埚中加入纳米SiC颗粒，1200℃高温焙烧2h，使其表面氧化处理后，置于5%HF溶液中，40℃酸洗25min，以蒸馏水清洗掉纳米SiC颗粒上的酸液和酸洗产物，再置于100℃的饱和NaOH溶液中处理2h，蒸馏水冲洗干净，得到预处理纳米SiC。
将预处理纳米SiC与石墨烯以20∶1的质量比混合，加入到10% KH560溶液中，水浴超声处理30min，气雾化蒸干后，制备得到石墨烯包覆纳米SiC预制粉末。
取铸造铝ZL205A，加热至710℃得铝合金熔体。将铝合金溶体降温至660℃，通入高纯氩气并保温5min。以400rmp的速度搅拌铝合金溶体，超声处理下，向均匀搅拌的铝合金溶体中缓慢加入占铝合金溶体质量3%的预制粉末，继续将铝合金溶体搅拌并超声处理10min。
将超声搅拌处理后的铝合金熔体加热至730℃进行精炼处理，并在710℃下浇注到预热的金属模具中，538℃下固溶处理16h后，水淬，再于155℃时效处理8h，得到最终产品纳米SiC增强铝基复合材料ZL205A-3%SiC-GNPs。
实施例2。
在石英坩埚中加入纳米SiC颗粒，1150℃高温焙烧3h，使其表面氧化处理后，置于5%HF溶液中，40℃酸洗25min，以蒸馏水清洗掉纳米SiC颗粒上的酸液和酸洗产物，再置于80℃的饱和NaOH溶液中处理3h，蒸馏水冲洗干净，得到预处理纳米SiC。
将预处理纳米SiC与石墨烯以15∶1的质量比混合，加入到10% KH560溶液中，水浴超声处理50min，气雾化蒸干后，制备得到石墨烯包覆纳米SiC预制粉末。
取铸造铝ZL205A，加热至700℃得铝合金熔体。将铝合金溶体降温至640℃，通入高纯氩气并保温5min。以600rmp的速度搅拌铝合金溶体，超声处理下，向均匀搅拌的铝合金溶体中缓慢加入占铝合金溶体质量5%的预制粉末，继续将铝合金溶体搅拌并超声处理20min。
将超声搅拌处理后的铝合金熔体加热至730℃进行精炼处理，并在710℃下浇注到预热的金属模具中，538℃下固溶处理16h后，水淬，再于155℃时效处理8h，得到最终产品纳米SiC增强铝基复合材料ZL205A-3%SiC-GNPs。
比较例1。
在铝合金溶体中直接加入未处理的纳米SiC，不加入石墨烯，其他工艺步骤同实施例1，制备得到产品纳米SiC增强铝基复合材料ZL205A-3%SiC。
对实施例1、2和比较例1制备的铝基复合材料的强度、硬度及塑韧性等主要性能参数进行检测，并与ZL205A铝合金进行比较，具体比较结果如表1。
从表1可以看出，加入SiC后，试样的强度、硬度和高温性能有了明显提高。相比之下，石墨烯包覆SiC的铝合金试样增量更大。
从表1中还可以看出，未对SiC进行处理的ZL205A-3%SiC复合材料的延伸率相较于ZL205A有明显下降，其主要原因是SiC大量聚集在晶界处，断裂时会发生穿晶断裂，降低了复合材料的塑韧性。而将纳米SiC经表面处理和石墨烯包覆处理后，复合材料的延伸率有了一定的改善。
相比较而言，实施例1复合材料的塑韧性能好于实施例2。这是因为，实施例1是在660℃搅拌混合预制粉末的，660℃下的基体虽然处于半固态，但其固相比例极低，而少量的固相结构在搅拌过程中会促进纳米SiC的均匀分布。当温度继续下降后，固相量明显增加，纳米SiC会出现团聚或依附于固相表面，反而降低了复合材料的塑韧性。
上述分析内容可以从ZL205A-3%SiC-GNPs复合材料的金相扫描图得到验证。图1(a，10000×)为实施例1复合材料的显微组织扫描图，石墨烯包覆的SiC在基体中基本均匀分布，有小部分发生团聚，且颗粒与基体之间的结合能力较强，抛光过程中未发生大面积的颗粒剥落现象；图1(b，10000×)的实施例2复合材料显微组织扫描图中，纳米SiC颗粒分布相对均匀，部分团聚的SiC在基体上发生了剥落现象，在基体上留有凹坑。
同时，图2给出了比较例1复合材料的金相扫描图，其在低倍下(a，500×)就能发现SiC发生了明显的团聚，SiC与基体的交界处出现了缺陷；高倍下(b，3000×)显示基体中出现了大量SiC剥落留下的凹坑，说明未经处理的SiC与ZL205A基体之间的结合能力较弱。
Claims (5)
1.一种纳米SiC增强铝基复合材料的制备方法，其特征是按照下述方法制备：
1) 1150～1200℃焙烧纳米SiC颗粒进行表面氧化处理，再依次在4～5Vol%HF溶液中酸洗25～35min，95～100℃的饱和NaOH溶液中碱洗处理2～3h，得到预处理纳米SiC；
2) 将预处理纳米SiC与石墨烯以15～20∶1的质量比混合加入KH560水溶液中充分混合，蒸干后得到石墨烯包覆纳米SiC预制粉末；
3) 将铝合金加热得到熔体，降温至640～660℃，使熔体处于半固态，保温搅拌；
4) 惰性气体保护下，按照预制粉末的加入量占铝合金熔 体质量的3～5%，将所述预制粉末加入搅拌的熔体中，并对熔体施以超声处理，使预制粉末均匀分布在所述熔体中；
5) 将搅拌均匀的熔体加热至730～740℃进行精炼处理，再降温至700～710℃，浇入预热的金属模具中，先在533～543℃下固溶处理14～16h，水淬后，再于154～156℃时效处理8～10h，制备得到纳米SiC增强铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的纳米SiC增强铝基复合材料的制备方法，其特征是所述KH560水溶液的体积浓度为10～15Vol%。
3.根据权利要求1所述的纳米SiC增强铝基复合材料的制备方法，其特征是将所述预处理纳米SiC与石墨烯加入KH560水溶液中，水浴80～100℃超声处理30～50min。
4.根据权利要求1所述的纳米SiC增强铝基复合材料的制备方法，其特征是将所述熔体降温至半固态温度，保温搅拌5～10min后，再加入所述预制粉末。
5.根据权利要求1所述的纳米SiC增强铝基复合材料的制备方法，其特征是加入所述预制粉末后，继续将铝合金溶体搅拌并超声处理10～20min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810625960.5A CN108823448B (zh) | 2018-06-18 | 2018-06-18 | 一种纳米SiC增强铝基复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810625960.5A CN108823448B (zh) | 2018-06-18 | 2018-06-18 | 一种纳米SiC增强铝基复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108823448A CN108823448A (zh) | 2018-11-16 |
| CN108823448B true CN108823448B (zh) | 2020-05-05 |
Family
ID=64141522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810625960.5A Active CN108823448B (zh) | 2018-06-18 | 2018-06-18 | 一种纳米SiC增强铝基复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108823448B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109666818A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-04-23 | 中北大学 | 一种碳材料与铝合金复合集成的制备方法 |
| CN111349832B (zh) * | 2018-12-20 | 2021-01-26 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种铝基复合材料及其制备方法 |
| CN111349830B (zh) * | 2018-12-20 | 2021-01-12 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种铝基复合材料及其制备方法 |
| CN111074104B (zh) * | 2019-12-10 | 2021-06-25 | 北京国网富达科技发展有限责任公司 | 一种高强高耐热碳纳米铝基复合材料及制备方法 |
| CN117532195A (zh) * | 2023-11-29 | 2024-02-09 | 江苏港缆新材料科技有限公司 | 一种耐高温耐磨的铝镁合金焊丝及其制备工艺 |
-
2018
- 2018-06-18 CN CN201810625960.5A patent/CN108823448B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108823448A (zh) | 2018-11-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108823448B (zh) | 一种纳米SiC增强铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN110144500B (zh) | 一种含锑高强高韧铝硅合金及制备方法 | |
| CN109468496B (zh) | 一种耐热压铸铝合金及其制备方法 | |
| CN109207804B (zh) | 高性能铝合金的制备方法 | |
| CN101979692A (zh) | 一种Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金及其制备工艺 | |
| CN104128713B (zh) | 高体积分数SiCp/Al复合材料的Al-Si-Cu-Zn-Ti五元箔状钎料的制备方法 | |
| CN109518027B (zh) | 一种细晶Mg-Al-Ti-C中间合金的制备方法和应用 | |
| CN112853160A (zh) | 一种电机转子铸造铝合金及其制备方法 | |
| CN104195385A (zh) | 提高亚共晶Al-Si合金电导率的长效变质剂及制备和使用方法 | |
| CN110295307A (zh) | 一种高强塑性超轻la141镁锂合金深冷轧工艺 | |
| CN112376043A (zh) | 一种在低碳钢表面制备高熵合金复合涂层的方法 | |
| CN107164661A (zh) | 一种高耐腐蚀性铝合金复合材料及其制备方法 | |
| CN107267791A (zh) | 一种增强铝合金制备方法 | |
| CN105154721A (zh) | 一种掺混玄武岩纤维的增强耐磨复合铝合金汽车零部件及其铸造工艺 | |
| CN113523291A (zh) | 一种气雾化制备a100超高强度合金钢粉末的方法 | |
| CN112680622A (zh) | 轻质高强的碳化硼颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN107739864A (zh) | 一种铝基复合材料的制备方法 | |
| CN105154722A (zh) | 一种掺混埃洛石纳米管的高塑性复合铝合金汽车零部件及其铸造工艺 | |
| CN114277279A (zh) | 一种二硼化钛增强铝合金及其制备方法和应用 | |
| CN113088745A (zh) | 一种氧化锆包覆碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法 | |
| CN105018868A (zh) | 一种掺混纳米硼纤维的高强度复合铝合金汽车零部件及其铸造工艺 | |
| CN105002381A (zh) | 一种掺混中间相炭微球的高致密增强型复合铝合金汽车零部件及其铸造工艺 | |
| CN111217366A (zh) | 一种鳞片石墨原位反应包覆碳化硼的方法 | |
| CN114774819B (zh) | 一种tc4合金铸件的热处理工艺 | |
| CN114540679B (zh) | 一种微量元素复合强化高强度铝锂合金及制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211228 Address after: 100000 room 513, building 2, West courtyard, No. 10, Lane ditch, Zizhuyuan Road, Haidian District, Beijing Patentee after: BEIFANG HENGLI SCIENCE AND TEC Address before: 030051 No. 3, Xueyuan Road, Shanxi, Taiyuan Patentee before: NORTH University OF CHINA |
|
| TR01 | Transfer of patent right |