CN109022887A - 原位合成Al4O4C纳米颗粒增强铝基复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

原位合成Al4O4C纳米颗粒增强铝基复合材料的方法，包括以下步骤：清理石墨坩埚，将表面脱落的杂质除去并进行烘干除水；准备原料：将纯铝锭和纯硅锭按照质量百分比进行配料，引入酚醛树脂，将纯铝锭和纯硅锭放入中频感应金属熔炼炉内的石墨坩埚中加热熔化后，除去铝液表面杂质，加入覆盖剂，保温；保温结束后，用钟罩向铝液与硅液的混合溶液中压入酚醛树脂，保温搅拌，加入打渣剂，将氩气喷嘴深入到铝合金熔体中，然后逐渐提高喷嘴位置，直到其完全离开熔体，关闭氩气阀，用钢制漏勺除去熔体表面浮渣后保温，待温度降至750℃时，进行浇铸，得到铸件；本发明具有合成工艺简单、合成过程易于控制、力学性能良好、结构均匀致密，成本较低的特点。

Description

原位合成Al4O4C纳米颗粒增强铝基复合材料的方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及原位合成Al4O4C纳米颗粒增强铝基复合材料的方法。
背景技术
颗粒增强铝基复合材料以其优良的综合性能和特点，不仅满足了航空航天、能源、高精度机床、尖端武器及汽车等高端领域对材料高性能的要求，而且材料的各向同性还使得材料可以使用传统的金属加工工艺进行加工。所有的这些优点使颗粒增强铝基复合材料在民用设施中以及高精尖领域应用前景非常广阔。
在Al–O–C系统中，铝氧碳(Al4O4C)直到1890℃仍稳定存在，是一种备受关注的三元碳化物。晶体结构测定结果表明，Al4O4C属于斜方晶系，理论密度为2.684g/cm3。
Al4O4C具有高熔点、高化学稳定性，在潮湿环境中具有明显化学惰性，很难与水反应形成非晶态Al(OH)3引起体积膨胀。低的热膨胀系数以及非常优异的抗氧化和抗水化性能，使其成为一种待开发的，很有前途的结构材料和高性能耐火材料。
由于颗粒增强铝基复合材料具有轻质、高强、高比模量等优点，抗疲劳性能和耐磨性能优异，还有较低的热膨胀系数和较高的热稳定性，在诸多领域中，铝基复合材料可以替代钢铁以及贵重的特殊合金和非金属材料，因此成为了复合材料领域当前最热门的研究热点之一。目前工业上广泛采用外加法引入陶瓷颗粒，而外加法具有界面易被污染、界面能较高、基体和增强相粒子结合不好等缺点，限制了其力学性能的提升，使得其应用受到了许多局限。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供原位合成Al4O4C纳米颗粒增强铝基复合材料的方法，将铝锭、硅锭、酚醛树脂按一定质量百分比混合后，然后使用熔铸工艺，协调各成分之间的作用，成功制备出了的Al4O4C纳米颗粒增强铝基复合材料，具有合成工艺简单、合成过程易于控制、力学性能良好、结构均匀致密，成本较低的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
原位合成Al4O4C纳米颗粒增强铝基复合材料的方法，包括以下步骤：
步骤一：
清理并预热实验所用钢制器件。对铸造过程中所用的钢制模具、除杂漏勺、除气操作的钢制喷嘴及模具等进行除锈、砂轮打磨和酒精清洗，并放入120℃电阻炉中进行加热干燥1h，取出冷却后安装氩气除气喷嘴；清理石墨坩埚，将表面脱落的杂质除去并进行烘干除水；
步骤二：
准备原料：将纯铝锭和纯硅锭按照质量百分比99～75：1～25进行配料，酚醛树脂的引入量为纯铝锭和纯硅锭总质量的0.1wt％～6wt％；
步骤三：
熔炼：将纯铝锭和纯硅锭放入中频感应金属熔炼炉内的石墨坩埚中加热到850℃～900℃全部熔化后，除去铝液表面杂质，加入覆盖剂，保温10min；
步骤四：
原位合成Al4O4C：保温结束后，用钟罩向铝液与硅液的混合溶液中压入酚醛树脂，保温20min，保温结束搅拌5min后，加入打渣剂，将氩气喷嘴深入到铝合金熔体中，缓慢打开减压阀，让气体通入到石墨坩埚的底部，保持30秒左右，然后逐渐提高喷嘴位置，直到其完全离开熔体，关闭氩气阀。用钢制漏勺除去熔体表面浮渣后，保温10分钟；
步骤五：
待温度降至750℃时，进行浇铸，得到铸件；
步骤六：
将完成的毛坯件放入整形模中进行整形处理，然后进行机械加工至符合产品的尺寸要求。
所述的覆盖剂为金伊达铸造冶金材料有限公司购买的商用铝覆盖剂，含量为纯铝锭和纯硅锭总质量的0.5wt％。
所述的打渣剂为金伊达铸造冶金材料有限公司购买的商用铝合金打渣剂，含量为纯铝锭和纯硅锭总质量的0.5wt％。
所述的通过氩气阀通入的气体压强压强0.4MPa。
所述的纯铝锭和纯硅锭为纯度为99％。
本发明的有益效果：
本发明利用原位熔铸法，首先按一定质量百分比称量原料，然后利用原位熔铸工艺制成了一种高强度的Al4O4C纳米颗粒增强铝基复合材料；由于该材料成分可调性大，合成工艺简单、合成过程易于控制、力学性能良好、结构均匀致密，成本较低，拓宽了该复合材料在高强合金领域的应用范围；
能够在850～900℃合成，是因为酚醛树脂是高分子有机聚合物，在铝液中受热裂解后，会分解出具有高活性的碳作为碳源，在加入酚醛树脂以及搅拌的过程中，会有一部分空气卷入铝液中，高活性碳原子会迅速和铝液(混合液)中的铝原子、氧原子反应合成Al4O4C。
附图说明
图1为Al4O4C/Al基复合材料的微观形貌图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
(1)清理并预热实验所用钢制器件。对铸造过程中所用的钢制模具、除杂漏勺、除气操作的钢制喷嘴及模具等进行除锈、砂轮打磨和酒精清洗，并放入120℃电阻炉中进行加热干燥1h，取出冷却后安装氩气除气喷嘴；清理石墨坩埚，将表面脱落的杂质除去并进行烘干除水。
(2)准备原料：将纯铝锭和纯硅锭按照质量百分比99：1进行配料，酚醛树脂的引入量为纯铝锭和纯硅锭总质量的0.1wt％。
(3)熔炼：将纯铝锭和纯硅锭放入中频感应金属熔炼炉内的石墨坩埚中加热到850℃～900℃全部熔化后，除去铝液表面杂质，加入0.5wt％的覆盖剂，保温10min。
(4)原位合成Al4O4C：保温结束后，用钟罩向铝液与硅液的混合溶液中压入酚醛树脂，保温20min。保温结束搅拌5min后，加入0.5wt％打渣剂，将氩气喷嘴深入到铝合金熔体中，缓慢打开减压阀，让气体通入到石墨坩埚的底部，保持30秒左右，然后逐渐提高喷嘴位置，直到其完全离开熔体，关闭氩气阀。用钢制漏勺除去熔体表面浮渣后，保温10分钟。
(5)待温度降至750℃时，进行浇铸，得到铸件。
(6)将完成的毛坯件放入整形模中进行整形处理，然后进行机械加工至符合产品的尺寸要求。
实施例2
(1)清理并预热实验所用钢制器件。对铸造过程中所用的钢制模具、除杂漏勺、除气操作的钢制喷嘴及模具等进行除锈、砂轮打磨和酒精清洗，并放入120℃电阻炉中进行加热干燥1h，取出冷却后安装氩气除气喷嘴；清理石墨坩埚，将表面脱落的杂质除去并进行烘干除水。
(2)准备原料：将纯铝锭和纯硅锭按照质量百分比83：17进行配料，酚醛树脂的引入量为纯铝锭和纯硅锭总质量的3wt％。
(3)熔炼：将纯铝锭和纯硅锭放入中频感应金属熔炼炉内的石墨坩埚中加热到850℃～900℃全部熔化后，除去铝液表面杂质，加入0.5wt％的覆盖剂，保温10min。
(4)原位合成Al4O4C：保温结束后，用钟罩向铝液与硅液的混合溶液中压入酚醛树脂，保温20min。保温结束搅拌5min后，加入0.5wt％打渣剂，将氩气喷嘴深入到铝合金熔体中，缓慢打开减压阀，让气体通入到石墨坩埚的底部，保持30秒左右，然后逐渐提高喷嘴位置，直到其完全离开熔体，关闭氩气阀。用钢制漏勺除去熔体表面浮渣后，保温10分钟。
(5)待温度降至750℃时，进行浇铸，得到铸件。
(6)将完成的毛坯件放入整形模中进行整形处理，然后进行机械加工至符合产品的尺寸要求。
实施例3
(1)清理并预热实验所用钢制器件。对铸造过程中所用的钢制模具、除杂漏勺、除气操作的钢制喷嘴及模具等进行除锈、砂轮打磨和酒精清洗，并放入120℃电阻炉中进行加热干燥1h，取出冷却后安装氩气除气喷嘴；清理石墨坩埚，将表面脱落的杂质除去并进行烘干除水。
(2)准备原料：将纯铝锭和纯硅锭按照质量百分比75：25进行配料，酚醛树脂的引入量为纯铝锭和纯硅锭总质量的6wt％。
(3)熔炼：将纯铝锭和纯硅锭放入中频感应金属熔炼炉内的石墨坩埚中加热到850℃～900℃全部熔化后，除去铝液表面杂质，加入0.5wt％的覆盖剂，保温10min。
(4)原位合成Al4O4C：保温结束后，用钟罩向铝液与硅液的混合中压入酚醛树脂，保温20min。保温结束搅拌5min后，加入0.5wt％打渣剂，将氩气喷嘴深入到铝合金熔体中，缓慢打开减压阀，让气体通入到石墨坩埚的底部，保持30秒左右，然后逐渐提高喷嘴位置，直到其完全离开熔体，关闭氩气阀。用钢制漏勺除去熔体表面浮渣后，保温10分钟。
(5)待温度降至750℃时，进行浇铸，得到铸件。
(6)将完成的毛坯件放入整形模中进行整形处理，然后进行机械加工至符合产品的尺寸要求。
由图1可以看出，生成的Al4O4C纳米颗粒细小且均匀地分布于金属Al基体中。
原位合成制备的Al4O4C与基体结合紧密，无界面污染，且分布弥散，不易发生偏析，能够有效解决外加法的缺陷，因此原位合成Al4O4C增强铝基复合材料具有重要的应用前景，受到了人们越来越多的关注。

Claims (4)

1.原位合成Al4O4C纳米颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：
清理并预热实验所用钢制器件。对铸造过程中所用的钢制模具、除杂漏勺、除气操作的钢制喷嘴及模具等进行除锈、砂轮打磨和酒精清洗，并放入120℃电阻炉中进行加热干燥1h，取出冷却后安装氩气除气喷嘴；清理石墨坩埚，将表面脱落的杂质除去并进行烘干除水；
步骤二：
准备原料：将纯铝锭和纯硅锭按照质量百分比99～75：1～25进行配料，酚醛树脂的引入量为纯铝锭和纯硅锭总质量的0.1wt％～6wt％；
步骤三：
熔炼：将纯铝锭和纯硅锭放入中频感应金属熔炼炉内的石墨坩埚中加热到850℃～900℃全部熔化后，除去铝液表面杂质，加入覆盖剂，保温10min；
步骤四：
原位合成Al4O4C：保温结束后，用钟罩向铝液与硅液的混合溶液中压入酚醛树脂，保温20min，保温结束搅拌5min后，加入打渣剂，将氩气喷嘴深入到铝合金熔体中，缓慢打开减压阀，让气体通入到石墨坩埚的底部，保持30秒，然后逐渐提高喷嘴位置，直到其完全离开熔体，关闭氩气阀，用钢制漏勺除去熔体表面浮渣后，保温10分钟；
步骤五：
待温度降至750℃时，进行浇铸，得到铸件；
步骤六：
将完成的毛坯件放入整形模中进行整形处理，然后进行机械加工至符合产品的尺寸要求。
2.根据权利要求1所述的原位合成Al4O4C纳米颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于，所述的覆盖剂为金伊达铸造冶金材料有限公司购买的商用铝覆盖剂，含量为纯铝锭和纯硅锭总质量的0.5wt％。
3.根据权利要求1所述的原位合成Al4O4C纳米颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于，所述的打渣剂为金伊达铸造冶金材料有限公司购买的商用铝合金打渣剂，含量为纯铝锭和纯硅锭总质量的0.5wt％。
4.根据权利要求1所述的原位合成Al4O4C纳米颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于，所述的通过氩气阀通入的气体压强压强0.4MPa。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070026516A (ko) * 2004-04-22 2007-03-08 알칸 인터내셔널 리미티드 Ａｌ-ｂ4ｃ 복합재료의 재생방법
CN102898157A (zh) * 2012-10-08 2013-01-30 北京科技大学 Al4O4C结合Al-Al2O3复合无碳滑板及制备方法
CN108559864A (zh) * 2018-03-20 2018-09-21 江苏大学 一种新能源汽车用原位纳米强化铝合金轮毂及制造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070026516A (ko) * 2004-04-22 2007-03-08 알칸 인터내셔널 리미티드 Ａｌ-ｂ4ｃ 복합재료의 재생방법
CN102898157A (zh) * 2012-10-08 2013-01-30 北京科技大学 Al4O4C结合Al-Al2O3复合无碳滑板及制备方法
CN108559864A (zh) * 2018-03-20 2018-09-21 江苏大学 一种新能源汽车用原位纳米强化铝合金轮毂及制造方法

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