CN110541083A - 原位合成纳米MgO增强铝合金基复合材料的制备方法 - Google Patents

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赵乃勤
贾龙江
何春年
师春生
何芳
沙军威
李群英
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Abstract

本发明涉及一种原位合成纳米MgO增强铝合金基复合材料的制备方法，包括下列步骤：(1)配制混合粉末:按照摩尔比为1:(1.9‑2.1)的摩尔比称取氧化锌和镁粉，按照氧化锌和镁粉混合物的质量比铝粉质量小于10％的配比称取铝粉，制得三者的混合粉末；(2)对混合粉末进行球磨处理:将混合粉末装入球磨罐中，在氩气保护下对混合粉末进行球磨处理，得到球磨后的粉末，球磨参数：球料比5:1～15:1，转速400r/min，球磨时间6小时以上；(3)烧结成型。

Description

原位合成纳米MgO增强铝合金基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及到一种利用粉末冶金工艺原位合成纳米MgO增强铝合金基复合材料的方法，属于金属基复合材料制备技术领域。
背景技术
铝合金基复合材料具有轻质高强，抗腐蚀性能好以及电导率高等优点，在各个领域都有着广泛的应用。其按照增强相进行分类，大致上可以分为连续增强和不连续增强，其中不连续增强相又包括陶瓷颗粒，晶须以及短纤维等。目前，颗粒增强铝合金基复合材料由于具有各向同性、制备方法简单等优点，受到广泛关注并应用到很多领域。但是由于陶瓷颗粒开裂，团聚以及和基体热膨胀系数差异大等缺点限制了其发展。采用原位的方法引入增强相则可以有效克服以上缺点，有利于综合力学性能较好的铝合金基复合材料。
以镁作还原剂，金属氧化物作为氧化剂，通过氧化还原反应可以在铝基体中通过原位反应一步获得金属间化合物及氧化镁。金属间化合物不仅具有较高的强度，同时与铝基体界面结合强度较高，而生成的氧化镁也可以作为铝基复合材料中的增强相。但由于引发反应的能垒较高，因此以往科研工作者经常采用铸造的方式实现该原位反应。但是铸造过程中，由于反应比较剧烈，常会发生热爆，导致实验过程具有较高的危险。因此需要开发一种新的反应方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过原位合成方式制备MgO增强铝合金基复合材料的方法。本发明采用球磨混粉的方式，将铝粉、镁粉以及氧化锌粉末混合均匀，通过粉末冶金的方法经过半液态烧结，原位合成纳米MgO增强铝合金基复合材料，能够有效克服铸造法中增强相晶界偏析、分布不均匀的缺点。粉末冶金的方法不仅降低了反应的温度，同时也可用于大批量生产，具有高的工业应用前景。技术方案如下：
一种原位合成纳米MgO增强铝合金基复合材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)配制混合粉末
按照摩尔比为1:(1.9-2.1)的摩尔比称取氧化锌和镁粉，按照氧化锌和镁粉混合物的质量比铝粉质量小于10％的配比称取铝粉，制得三者的混合粉末；
(2)对混合粉末进行球磨处理
将混合粉末装入球磨罐中，在氩气保护下对混合粉末进行球磨处理，得到球磨后的粉末，球磨参数：球料比5:1～15:1，转速400r/min，球磨时间6小时以上；
(3)烧结成型
将步骤(2)中所得球磨后的粉末放入模具中依次进行冷压成型，高温烧结和热积压，制备得到MgO增强铝合金基复合材料。
优选地，烧结成型的工艺参数为：冷压压力为500～600MPa，烧结温度为700～750℃；在500～550℃下热挤压。
附图说明
图1为原始铝粉形貌
图2为原始镁粉形貌
图3为原始氧化锌粉形貌
图4为球磨混粉后形貌
图5为烧结后复合材料的xrd谱图及透射电镜下的组织形貌，a)复合材料xrd谱图；b)TEM下纳米MgO颗粒
图6为挤压态复合材料与相同工艺制备的铝合金的工程应力-应变曲线。
具体实施方式
下面结合实例进一步说明本发明，这些实例只用于说明本发明，并不限制本发明。
实施例1
称取22.58g铝粉(如图1所示)，0.9g镁粉(如图2所示)以及1.52g氧化锌粉(如图3所示)，0.15g硬脂酸(用作过程控制剂，防止球磨过程中发生冷焊)，置于250毫升的不锈钢球磨罐中，并充入氩气。采用行星式球磨机以400r/min球磨6小时，球料比15:1。在真空手套箱中取出球磨后的混合粉末(如图4所示)。然后，将球磨后的粉末先进行600Mpa的冷压成型，之后在温度为750℃的条件下进行1h的烧结，选择氩气为保护气氛，烧结后的块体材料在520℃条件下进行热挤压，之后得到MgO增强的铝合金基复合材料。
将铝合金基复合材料通过线切割加工为可用于进行拉伸的式样，采用万能拉伸试验机进行拉伸，拉伸速率为0.5mm/min，该复合材料拉伸工程应力应变曲线如图6所示。
实施例2
称取21.77g铝粉(如图1所示)，1.2g镁粉(如图2所示)以及2.03g氧化锌粉(如图3所示)，0.15g硬脂酸(用作过程控制剂，防止球磨过程中发生冷焊)，置于250毫升的不锈钢球磨罐中，并充入氩气。采用行星式球磨机以400r/min球磨6小时，球料比15:1。在真空手套箱中取出球磨后的混合粉末(如图4所示)。然后，将球磨后的粉末先进行600Mpa的冷压成型，之后在温度为750℃的条件下进行1h的烧结，选择氩气为保护气氛，烧结后的块体材料在520℃条件下进行热挤压，之后得到MgO增强的铝合金基复合材料。
将铝合金基复合材料通过线切割加工为可用于进行拉伸的式样，采用万能拉伸试验机进行拉伸，拉伸速率为0.5mm/min，该复合材料拉伸工程应力应变曲线如图6所示。

Claims (2)

1.一种原位合成纳米MgO增强铝合金基复合材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)配制混合粉末
按照摩尔比为1:(1.9-2.1)的摩尔比称取氧化锌和镁粉，按照氧化锌和镁粉混合物的质量比铝粉质量小于10％的配比称取铝粉，制得三者的混合粉末；
(2)对混合粉末进行球磨处理
将混合粉末装入球磨罐中，在氩气保护下对混合粉末进行球磨处理，得到球磨后的粉末，球磨参数：球料比5:1～15:1，转速400r/min，球磨时间6小时以上；
(3)烧结成型
将步骤(2)中所得球磨后的粉末放入模具中依次进行冷压成型，高温烧结和热积压，制备得到MgO增强铝合金基复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，烧结成型的工艺参数为：冷压压力为500～600MPa，烧结温度为700～750℃；在500～550℃下热挤压。
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