CN111041286A - 一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法，通过特定比例的Al2O3与碳纳米管在微波球磨辅助进行分散，形成纳米复合材料后，将1/2的纳米复合材料与铝合金液混合，有助于提高成分之间的分散性以及粒子混合的均匀性，并能有效增加混合的比表面积以及混合的表面相互作用力。最后将剩余1/2的纳米复合材料在铝合金烧结后以填充的方式来添加，结合反复加热摩擦增强纳米复合材料与铝合金的结合度，进一步促进晶粒的细化和均匀分布，协同提高晶界稳定性，保证铝合金较高的强度和塑性，还能显著提高铝合金的耐磨性能。本发明总体上解决了纳米复合材料在铝合金的内部缺陷，以及解决铝合金晶粒粗大的问题。

Description

一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法
技术领域
本发明涉及铝合金的制备领域，具体而言，涉及一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法。
背景技术
铝合金由于其较高的比强度，良好的高温抗氧化性和高温抗蠕变性，在很多领域被广泛应用，通过纳米复合材料可以增强铝合金的强度与耐磨性，但新型的铝合金增强复合材料与铝合金基体的复合难度较高，在制备的过程中，当制备温度过低时材料无法致密化，而当温度过高时，又容易发生偏析的现象，影响铝合金基体原有的固溶化效益，且复合材料在于铝合金熔融一体时，容易存在内部缺陷，影响铝合金的精细化程度，进而影响铝合金的综合力学性能。另外，当纳米复合材料与铝合金液混合时，其结合的能力较低，导致铝合金晶粒粗化，铝合金的总体性能下降，因此，纳米复合材料的选择与铝合金的制备工艺，对铝合金的综合性能起着重要的作用。
如专利号为CN105861910A公开了一种高强度钛铝合金材料及其制备方法，是利用热压烧结的方法；又如专利号为CN106435268A公开了高铌钛铝合金材料及其制备方法，是一种烧结制备TiAl合金的方法；再如专利号为CN103290343B公开了一种填充粒子增强的铝合金复合材料的制备方法，利用填充离子制备重量轻、导热性能佳的铝合金，但是上述铝合金的制备方法中，容易导致铝合金内部的晶粒粗化，其综合性能不足以满足消费者的需求。
综合上，在制备铝合金领域，其实际应用中的亟待处理的实际问题还有很多未提出具体的解决方案。
发明内容
本发明提出了一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法以解决所述问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法，包括如下步骤：
(1)配制铝合金所需的材料：根据铝合金的组成成分的原子百分比：Si10.5-13.0％、Fe 0.1-0.55％、Cu 0.3-0.68％、Mn 0.1-0.5％、Mg0.35～0.49％、Ti0.05～0.15％、Zr0.05～0.34％，余量为Al，依次称取速溶硅、铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及铝锭，完成制备铝合金的材料的配制；
(2)将所述铝锭在730～750℃加热熔化，然后依次加入铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及速溶硅，在真空度≤5×10-2Pa的条件下进行真空悬浮熔炼，熔炼时间为10-20min，得到铝合金液；
(3)制备纳米复合材料：将Al2O3与碳纳米管根据质量比为1-5:1-3的比例混合，结合微波球磨辅助进行分散，得到纳米复合材料；
(4)将所述纳米复合材料添加至所述铝合金液中，并机械搅拌，得到混合铝合金液；
(5)用高纯氮气和精炼剂对铝合金液喷吹精炼进行除气除杂处理，扒渣后，添加覆盖剂，再静置；
(6)将混合铝合金液加入到烧结炉中进行烧结，冷却后获得铝合金烧结坯；
(7)采用切割机在铝合金烧结坯表面加工出凹槽，将剩余的1/2纳米复合材料填充至所述凹槽并机械压实，并利用加热摩擦装置在纳米复合材料填充的位置反复摩擦；
(8)经过挤压变形加工后制备得到纳米复合材料增强的铝合金型材。
可选地，步骤(2)所述真空悬浮熔炼的熔炼温度为1500-1700℃。
可选地，所述微波球磨辅助的功率为50-75W，所述微波球磨的时间为1-3h。
可选地，步骤(4)所述机械搅拌为间歇式，需满足以下条件：设置搅拌速度为V，搅拌转动N个周期T，且相邻两个周期T之间驱动电机停止预定时间M，其中1≤N≤50，20min≤T≤60min，5min≤M≤20min。
可选地，步骤(4)纳米复合材料的添加量为所述纳米复合材料添加量的1/2，且按照质量百分比，所述纳米复合材料总的添加量为铝合金液的0.5-5.0％。
可选地，步骤(6)所述烧结的条件为：以3-5℃/min的升温速率升温至0.8-1.01Tm后，保温10-30min，以10-20℃/min升温速率升温至1.50-1.80Tm，最后以10-20℃/min的降温速率降温至0.7-0.9Tm，且所述Tm为混合铝合金液的熔点温度。
可选地，步骤(7)所述加热摩擦装置中设置有加热单元以及摩擦单元，且所述加热单元中的温度为80-150℃，所述摩擦单元中摩擦头的转速为1000-1500r/min，所述摩擦单元中摩擦头的摩擦系数为0.5-0.8。
可选地，所述铝合金中还含有不可避免的其它杂质，且不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
与现有技术相比，本发明所取得的有益技术效果是：
1、本发明将特定比例的Al2O3与碳纳米管在微波球磨辅助进行分散，形成纳米复合材料，使其具有较佳的分散性以及粒子的均匀性，能有效增加其与铝合金混合的比表面积，当与铝合金液混合时，与合金液有着较强的表面相互作用，还能促进铝合金内部晶粒细化，增强铝合金的抗拉强度，屈服强度，且Al2O3与碳纳米管协同作用，有效增强铝合金的内部组织的力学性能。
2、本发明的先将1/2纳米复合材料与铝合金液混合，后将剩余的纳米复合材料在铝合金烧结后以填充的方式来添加，并结合反复加热摩擦增强纳米复合材料与铝合金的结合度，促进晶粒的细化和均匀分布，提高晶界稳定性，起到协同增强铝合金综合性能的作用，保证铝合金较高的强度和塑性，还能显著提高铝合金的耐磨性能。
3、本发明的制备方法能有效减少纳米复合材料在铝合金内部缺陷，提高晶粒的细化的同时，能有效提高铝合金的整体比强度、良好的热稳定性、延伸度以及机械性能。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。
图1是本发明实施例之一中一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法的制备方法流程示意图；
图2是本发明实施例之一中一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法中制备铝合金内部断面的显微镜示意图；
图3是本发明对比例1中一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法制备铝合金内部断面的显微镜示意图；
图4是本发明对比例2中一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法制备铝合金内部断面的显微镜示意图；
图5是本发明对比例3中一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法制备铝合金内部断面的显微镜示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。实施例仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明为一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法，根据图所示讲述以下实施例：
实施例1：
一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法，包括如下步骤：
(1)配制铝合金所需的材料：根据铝合金的组成成分的原子百分比：Si10.5％、Fe0.55％、Cu 0.3％、Mn 0.5％、Mg0.49％、Ti0.15％、Zr0.34％，余量为Al，依次称取速溶硅、铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及铝锭，完成制备铝合金的材料的配制；
(2)将所述铝锭在730℃加热熔化，然后依次加入铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及速溶硅，在真空度≤5×10-2Pa的条件下进行真空悬浮熔炼，所述真空悬浮熔炼的熔炼温度为1500℃，熔炼时间为10min，得到铝合金液；
(3)制备纳米复合材料：将Al2O3与碳纳米管根据质量比为1:3的比例混合，结合微波球磨辅助进行分散，且所述微波球磨辅助的功率为75W，所述微波球磨的时间为1h，得到纳米复合材料；
(4)将1/2所述纳米复合材料添加至所述铝合金液中，并机械搅拌，得到混合铝合金液；且机械搅拌为间歇式，需满足以下条件：设置搅拌速度为V，搅拌转动N个周期T，且相邻两个周期T之间驱动电机停止预定时间M，其中1≤N≤50，20min≤T≤60min，5min≤M≤20min；
(5)用高纯氮气和精炼剂对铝合金液喷吹精炼进行除气除杂处理，扒渣后，添加覆盖剂，再静置；
(6)将混合铝合金液加入到烧结炉中进行烧结，以3℃/min的升温速率升温至0.8Tm后，保温30min，以10℃/min升温速率升温至1.80Tm，最后以20℃/min的降温速率降温至0.7Tm，且所述Tm为混合铝合金液的熔点温度，冷却后获得铝合金烧结坯；
(7)采用切割机在铝合金烧结坯表面加工出凹槽，将剩余的1/2纳米复合材料填充至所述凹槽并机械压实，并利用加热摩擦装置在纳米复合材料填充的位置反复摩擦；且所述加热摩擦装置中设置有加热单元以及摩擦单元，且所述加热单元中的温度为80℃，所述摩擦单元中摩擦头的转速为1000r/min，所述摩擦单元中摩擦头的摩擦系数为0.5；在本实施例中，所述为若干个并凹槽为交叉设置；
(8)经过挤压变形加工后制备得到纳米复合材料增强的铝合金型材。
其中，且按照质量百分比，所述纳米复合材料总的添加量为铝合金液的0.5％。
在本实施例中，所述铝合金中还含有不可避免的其它杂质，且不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
实施例2：
一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法，包括如下步骤：
(1)配制铝合金所需的材料：根据铝合金的组成成分的原子百分比：Si13.0％、Fe0.55％、Cu 0.68％、Mn 0.5％、Mg0.49％、Ti0.15％、Zr0.34％，余量为Al，依次称取速溶硅、铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及铝锭，完成制备铝合金的材料的配制；
(2)将所述铝锭在750℃加热熔化，然后依次加入铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及速溶硅，在真空度≤5×10-2Pa的条件下进行真空悬浮熔炼，所述真空悬浮熔炼的熔炼温度为1700℃，熔炼时间为10min，得到铝合金液；
(3)制备纳米复合材料：将Al2O3与碳纳米管根据质量比为5:1的比例混合，结合微波球磨辅助进行分散，且所述微波球磨辅助的功率为60W，所述微波球磨的时间为2h，得到纳米复合材料；
(4)将1/2所述纳米复合材料添加至所述铝合金液中，并机械搅拌，得到混合铝合金液；且机械搅拌为间歇式，需满足以下条件：设置搅拌速度为V，搅拌转动N个周期T，且相邻两个周期T之间驱动电机停止预定时间M，其中1≤N≤50，20min≤T≤60min，5min≤M≤20min；
(5)用高纯氮气和精炼剂对铝合金液喷吹精炼进行除气除杂处理，扒渣后，添加覆盖剂，再静置；
(6)将混合铝合金液加入到烧结炉中进行烧结，以5℃/min的升温速率升温至1.01Tm后，保温30min，以15℃/min升温速率升温至1.80Tm，最后以20℃/min的降温速率降温至0.9Tm，且所述Tm为混合铝合金液的熔点温度，冷却后获得铝合金烧结坯；
(7)采用切割机在铝合金烧结坯表面加工出凹槽，将剩余的1/2纳米复合材料填充至所述凹槽并机械压实，并利用加热摩擦装置在纳米复合材料填充的位置反复摩擦；且所述加热摩擦装置中设置有加热单元以及摩擦单元，且所述加热单元中的温度为120℃，所述摩擦单元中摩擦头的转速为1000-1500r/min，所述摩擦单元中摩擦头的摩擦系数为0.8；在本实施例中，所述为若干个并凹槽为交叉设置；
(8)经过挤压变形加工后制备得到纳米复合材料增强的铝合金型材。
其中，且按照质量百分比，所述纳米复合材料总的添加量为铝合金液的5.0％。
在本实施例中，所述铝合金中还含有不可避免的其它杂质，且不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
实施例3：
一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法，包括如下步骤：
(1)配制铝合金所需的材料：根据铝合金的组成成分的原子百分比：Si12.5％、Fe0.30％、Cu 0.45％、Mn 0.30％、Mg0.45％、Ti0.10％、Zr0.15％，余量为Al，依次称取速溶硅、铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及铝锭，完成制备铝合金的材料的配制；
(2)将所述铝锭在740℃加热熔化，然后依次加入铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及速溶硅，在真空度≤5×10-2Pa的条件下进行真空悬浮熔炼，所述真空悬浮熔炼的熔炼温度为1600℃，熔炼时间为20min，得到铝合金液；
(3)制备纳米复合材料：将Al2O3与碳纳米管根据质量比为3:2的比例混合，结合微波球磨辅助进行分散，且所述微波球磨辅助的功率为60W，所述微波球磨的时间为2h，得到纳米复合材料；
(4)将1/2所述纳米复合材料添加至所述铝合金液中，并机械搅拌，得到混合铝合金液；且机械搅拌为间歇式，需满足以下条件：设置搅拌速度为V，搅拌转动N个周期T，且相邻两个周期T之间驱动电机停止预定时间M，其中1≤N≤50，20min≤T≤60min，5min≤M≤20min；
(5)用高纯氮气和精炼剂对铝合金液喷吹精炼进行除气除杂处理，扒渣后，添加覆盖剂，再静置；
(6)将混合铝合金液加入到烧结炉中进行烧结，以4℃/min的升温速率升温至0.9Tm后，保温30min，以15℃/min升温速率升温至1.60Tm，最后以15℃/min的降温速率降温至0.8Tm，且所述Tm为混合铝合金液的熔点温度，冷却后获得铝合金烧结坯；
(7)采用切割机在铝合金烧结坯表面加工出凹槽，将剩余的1/2纳米复合材料填充至所述凹槽并机械压实，并利用加热摩擦装置在纳米复合材料填充的位置反复摩擦；且所述加热摩擦装置中设置有加热单元以及摩擦单元，且所述加热单元中的温度为120℃，所述摩擦单元中摩擦头的转速为1200r/min，所述摩擦单元中摩擦头的摩擦系数为0.6；在本实施例中，所述为若干个并凹槽为交叉设置；
(8)经过挤压变形加工后制备得到纳米复合材料增强的铝合金型材。
其中，且按照质量百分比，所述纳米复合材料总的添加量为铝合金液的3.0％。
在本实施例中，所述铝合金中还含有不可避免的其它杂质，且不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
对比例1
一种混合填充料增强铝合金的方法，包括如下步骤：
(1)配制铝合金所需的材料：根据铝合金的组成成分的原子百分比：Si12.5％、Fe0.30％、Cu 0.45％、Mn 0.30％、Mg0.45％、Ti0.10％、Zr0.15％，余量为Al，依次称取速溶硅、铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及铝锭，完成制备铝合金的材料的配制；
(2)将所述铝锭在740℃加热熔化，然后依次加入铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及速溶硅，在真空度≤5×10-2Pa的条件下进行真空悬浮熔炼，所述真空悬浮熔炼的熔炼温度为1600℃，熔炼时间为20min，得到铝合金液；
(3)将Al2O3与碳纳米管根据质量比为3:2的比例混合得到混合填充料；
(4)将1/2所述混合填充料添加至所述铝合金液中，并机械搅拌，得到混合铝合金液；且机械搅拌为间歇式，需满足以下条件：设置搅拌速度为V，搅拌转动N个周期T，且相邻两个周期T之间驱动电机停止预定时间M，其中1≤N≤50，20min≤T≤60min，5min≤M≤20min；
(5)用高纯氮气和精炼剂对铝合金液喷吹精炼进行除气除杂处理，扒渣后，添加覆盖剂，再静置；
(6)将混合铝合金液加入到烧结炉中进行烧结，以4℃/min的升温速率升温至0.9Tm后，保温30min，以15℃/min升温速率升温至1.60Tm，最后以15℃/min的降温速率降温至0.8Tm，且所述Tm为混合铝合金液的熔点温度，冷却后获得铝合金烧结坯；
(7)采用切割机在铝合金烧结坯表面加工出凹槽，将剩余的1/2混合填充料填充至所述凹槽并机械压实，并利用加热摩擦装置在纳米复合材料填充的位置反复摩擦；且所述加热摩擦装置中设置有加热单元以及摩擦单元，且所述加热单元中的温度为120℃，所述摩擦单元中摩擦头的转速为1200r/min，所述摩擦单元中摩擦头的摩擦系数为0.6；在本对比例中，所述为若干个并凹槽为交叉设置；
(8)经过挤压变形加工后制备得到混合填充料增强的铝合金型材。
其中，且按照质量百分比，所述混合填充料总的添加量为铝合金液的3.0％。
在本实施例中，所述铝合金中还含有不可避免的其它杂质，且不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
对比例2
一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法，包括如下步骤：(1)配制铝合金所需的材料：根据铝合金的组成成分的原子百分比：
Si12.5％、Fe 0.30％、Cu 0.45％、Mn 0.30％、Mg0.45％、Ti0.10％、Zr0.15％，余量为Al，依次称取速溶硅、铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及铝锭，完成制备铝合金的材料的配制；
(2)将所述铝锭在740℃加热熔化，然后依次加入铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及速溶硅，在真空度≤5×10-2Pa的条件下进行真空悬浮熔炼，所述真空悬浮熔炼的熔炼温度为1600℃，熔炼时间为20min，得到铝合金液；
(3)制备纳米复合材料：将Al2O3与碳纳米管根据质量比为3:2的比例混合，结合微波球磨辅助进行分散，且所述微波球磨辅助的功率为60W，所述微波球磨的时间为2h，得到纳米复合材料；
(4)将1/2所述纳米复合材料添加至所述铝合金液中，并机械搅拌，得到混合铝合金液；且机械搅拌为间歇式，需满足以下条件：设置搅拌速度为V，搅拌转动N个周期T，且相邻两个周期T之间驱动电机停止预定时间M，其中1≤N≤50，20min≤T≤60min，5min≤M≤20min；
(5)用高纯氮气和精炼剂对铝合金液喷吹精炼进行除气除杂处理，扒渣后，添加覆盖剂，再静置；
(6)将混合铝合金液加入到烧结炉中进行烧结，以4℃/min的升温速率升温至0.9Tm后，保温30min，以15℃/min升温速率升温至1.60Tm，最后以15℃/min的降温速率降温至0.8Tm，且所述Tm为混合铝合金液的熔点温度，冷却后获得铝合金烧结坯；
(7)采用切割机在铝合金烧结坯表面加工出凹槽，将剩余的1/2纳米复合材料填充至所述凹槽并机械压实磨平；
(8)经过挤压变形加工后制备得到纳米复合材料增强的铝合金型材。
其中，且按照质量百分比，所述纳米复合材料总的添加量为铝合金液的3.0％。
在本实施例中，所述铝合金中还含有不可避免的其它杂质，且不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
对比例3
一种复合材料增强铝合金的方法，包括如下步骤：
(1)配制铝合金所需的材料：根据铝合金的组成成分的原子百分比：Si12.5％、Fe0.30％、Cu 0.45％、Mn 0.30％、Mg0.45％、Ti0.10％、Zr0.15％，余量为Al，依次称取速溶硅、铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及铝锭，完成制备铝合金的材料的配制；
(2)将所述铝锭在740℃加热熔化，然后依次加入铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及速溶硅，在真空度≤5×10-2Pa的条件下进行真空悬浮熔炼，所述真空悬浮熔炼的熔炼温度为1600℃，熔炼时间为20min，得到铝合金液；
(3)制备纳米复合材料：将Al2O3与碳纳米管根据质量比为3:2的比例混合，得到复合材料；
(4)将所述复合材料添加至所述铝合金液中，并机械搅拌均匀，得到混合铝合金液；
(5)用高纯氮气和精炼剂对铝合金液喷吹精炼进行除气除杂处理，扒渣后，添加覆盖剂，再静置；
(6)将混合铝合金液加入到烧结炉中进行烧结，以4℃/min的升温速率升温至0.9Tm后，保温30min，以15℃/min升温速率升温至1.60Tm，最后以15℃/min的降温速率降温至0.8Tm，且所述Tm为混合铝合金液的熔点温度，冷却后获得铝合金烧结坯；
(7)经过挤压变形加工后制备得到复合材料增强的铝合金型材。
其中，且按照质量百分比，所述纳米复合材料总的添加量为铝合金液的3.0％。在本实施例中，所述铝合金中还含有不可避免的其它杂质，且不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
对实施例1-3以及实施例1-3制备的铝合金材料进行性能分析，结果如下表1：
表1
Figure BDA0002316619170000131
由表1可知本发明制备的铝合金具有显著的抗拉强度、屈服强度以及较佳的伸长率，实施例中制备的铝合金的抗拉强度在480Mpa以上，屈服强度在440Mpa以上，且伸长率在14％以上，而对比例1中的Al2O3与碳纳米管未经过微波辅助分散，其最终制备得到的铝合金的综合性能较实施例的差；对比例2中，直接将1/2的纳米复合材料通过机械压实的方式与铝合金结合，结合附图可知，其制备的铝合金晶粒粗大，并不能有效提高铝合金的性能。对比例3中直接将Al2O3与碳纳米管混合后直接添加至铝合金液中，结合附图3可知，其在铝合金内部形成不均的晶粒，且晶粒大小不一，导致铝合金的综合强度较差。
另外，本发明还对实施例1-3以及对比例1-3制备的铝合金进行耐磨试验，结果见表2：
表2
Figure BDA0002316619170000141
由表2数据分析可知，本发明的制备的了铝合金在摩擦试验中，实施例1-3制备的铝合金没有出现较大面积的剥落现象，而对比例3中在摩擦试验中出现开裂的现象，且纳米复合材料在加热摩擦装置的协助下，能有效与铝合金形成均匀的粘合，因此，本实施例1-3制备的铝合金与实施例1-3在同样的试验条件下，具有更低的磨损率，说明本发明纳米复合材料增强铝合金型材的方法，不仅制备得到综合性能佳的铝合金，还能制备耐磨损的铝合金，扩大了铝合金的应用范围。
综合上，本发明的制备的铝合金晶粒分散均匀且细，具有较高的强度和塑性，以及耐磨性能。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。
综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)配制铝合金所需的材料：根据铝合金的组成成分的原子百分比：
Si10.5-13.0％、Fe 0.1-0.55％、Cu 0.3-0.68％、Mn 0.1-0.5％、Mg0.35～0.49％、Ti0.05～0.15％、Zr0.05～0.34％，余量为Al，依次称取速溶硅、铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及铝锭，完成制备铝合金的材料的配制；
(2)将所述铝锭在730～750℃加热熔化，然后依次加入铝铁合金、纯铜、铝锰合金、铝钛硼合金、镁锭以及速溶硅，在真空度≤5×10-2Pa的条件下进行真空悬浮熔炼，熔炼时间为10-20min，得到铝合金液；
(3)制备纳米复合材料：将Al2O3与碳纳米管根据质量比为1-5:1-3的比例混合，结合微波球磨辅助进行分散，得到纳米复合材料；
(4)将所述纳米复合材料添加至所述铝合金液中，并机械搅拌，得到混合铝合金液；
(5)用高纯氮气和精炼剂对铝合金液喷吹精炼进行除气除杂处理，扒渣后，添加覆盖剂，再静置；
(6)将混合铝合金液加入到烧结炉中进行烧结，冷却后获得铝合金烧结坯；
(7)采用切割机在铝合金烧结坯表面加工出凹槽，将剩余的1/2纳米复合材料填充至所述凹槽并机械压实，并利用加热摩擦装置在纳米复合材料填充的位置反复摩擦；
(8)经过挤压变形加工后制备得到纳米复合材料增强的铝合金型材。
2.根据权利要求1所述的一种纳米复合材料增强铝合金型材的方法，其特征在于，步骤(2)所述真空悬浮熔炼的熔炼温度为1500-1700℃。
3.根据权利要求1所述的纳米复合材料增强铝合金型材的方法，其特征在于，所述微波球磨辅助的功率为50-75W，所述微波球磨的时间为1-3h。
4.根据权利要求1所述的纳米复合材料增强铝合金型材的方法，其特征在于，步骤(4)所述机械搅拌为间歇式，需满足以下条件：设置搅拌速度为V，搅拌转动N个周期T，且相邻两个周期T之间驱动电机停止预定时间M，其中1≤N≤50，20min≤T≤60min，5min≤M≤20min。
5.根据权利要求1所述的纳米复合材料增强铝合金型材的方法，其特征在于，步骤(4)纳米复合材料的添加量为所述纳米复合材料添加量的1/2，且按照质量百分比，所述纳米复合材料总的添加量为铝合金液的0.5-5.0％。
6.根据权利要求1所述的纳米复合材料增强铝合金型材的方法，其特征在于，步骤(6)所述烧结的条件为：以3-5℃/min的升温速率升温至0.8-1.01Tm后，保温10-30min，以10-20℃/min升温速率升温至1.50-1.80Tm，最后以10-20℃/min的降温速率降温至0.7-0.9Tm，且所述Tm为混合铝合金液的熔点温度。
7.根据权利要求1所述的纳米复合材料增强铝合金型材的方法，其特征在于，步骤(7)所述加热摩擦装置中设置有加热单元以及摩擦单元，且所述加热单元中的温度为80-150℃，所述摩擦单元中摩擦头的转速为1000-1500r/min，所述摩擦单元中摩擦头的摩擦系数为0.5-0.8。
8.根据权利要求1所述的纳米复合材料增强铝合金型材的方法，其特征在于，所述铝合金中还含有不可避免的其它杂质，且不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
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