CN111889685A - 一种提高增强体分散性和分散量的粉末冶金方法 - Google Patents
一种提高增强体分散性和分散量的粉末冶金方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111889685A CN111889685A CN202010670339.8A CN202010670339A CN111889685A CN 111889685 A CN111889685 A CN 111889685A CN 202010670339 A CN202010670339 A CN 202010670339A CN 111889685 A CN111889685 A CN 111889685A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ball milling
- powder
- metal matrix
- ball
- reinforcement
- 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.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 76
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 24
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 238000004886 process control Methods 0.000 claims description 4
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 claims description 2
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 2
- 238000001272 pressureless sintering Methods 0.000 claims description 2
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 8
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 4
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 4
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
- B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
Abstract
本发明涉及一种提高增强体分散性和分散量的粉末冶金方法，包括下列步骤：(1)配制金属基体粉末；(2)第一阶段球磨：对金属基体粉末进行球磨预处理，变形为片状：在氩气保护下先对步骤(1)配制的金属基体粉末进行球磨预处理变形，球磨参数：球料比5:1‑15:1，转速300～500转/分，球磨时间4‑8小时；(3)第二阶段球磨：将增强体加入经过球磨第一阶段球磨处理的片状金属基体中，在氩气保护下对混合粉末粉末进行球磨处理，球磨参数：球料比5:1‑15:1，转速300～500转/分，球磨时间4‑8小时。(4)烧结成型。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种提高增强体分散性和分散量的粉末冶金新方法。
背景技术
机械球磨是一种常用的复合粉末制备方法，该方法操作简单、对设备要求低，同时也可以实现复合粉末的大量制备。在使用球磨法制备复合粉末的过程中，有多种因素影响复合材料的结构和性能，如球磨时间、球磨转速、球磨温度、球料比等。对于球磨法制备纳米增强相增强金属基复合材料，人们已经进行了较为系统的研究，但主要集中于球磨时间的研究，如球磨时间过短不能有效分散增强相，球磨时间过长则会破坏增强相结构，导致复合材料性能下降。此外，人们还开发了冷冻球磨和变速球磨等工艺，均制备出性能优异的较低增强相含量的复合材料，说明对机械球磨的参数进行调控和优化对获得高性能的纳米增强相/金属基复合材料具有重要意义。
尽管现有球磨工艺可以对较低含量的增强相进行均匀分散，但由于金属基体颗粒初始比表面积较小，现有球磨工艺均难以在变形过程中均匀负载较大含量增强体(如图1所示)，进而限制了复合材料性能的进一步提升。而较大的比表面积可以对增强相进行大含量的均匀负载和分散。因此先对金属基体进行球磨变形大幅度增大比表面积后再与增强体进行混合可以更好地提高增强体的均匀分散性和分散量。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种利用分段式球磨工艺提高增强体均匀分散性和分散量的粉末冶金新方法，能够制备出具有大添加量且均匀分散的金属基复合材料。该方法能够有效提高增强体在金属基体中的均匀分散性和分散量。本发明通过以下技术方案加以实施：
一种提高增强体分散性和分散量的粉末冶金方法，包括下列步骤：
(1)配制金属基体粉末
按照过程控制剂：金属基体粉末质量比1:(95-99)的比例配制预球磨金属基体粉末；
(2)第一阶段球磨：对金属基体粉末进行球磨预处理，变形为片状；
在氩气保护下先对步骤(1)配制的金属基体粉末进行球磨预处理变形，球磨参数：球料比5:1-15:1，转速300～500转/分，球磨时间4-8小时。
(3)第二阶段球磨：将增强体加入经过球磨第一阶段球磨处理的片状金属基体中，在氩气保护下对混合粉末粉末进行球磨处理，球磨参数：球料比5:1-15:1，转速300～500转/分，球磨时间4-8小时。
(4)烧结成型
球磨后的混合粉末进行烧结，烧结温度根据增强体和金属基体的种类调整。
优选地，所述的增强体为BN纳米片或铜负载石墨烯。所述的增强体的加入比例为过程控制剂的3-8倍。烧结方法采用无压烧结、真空热压烧结、热等静压烧结或放电等离子烧结。
分段球磨分散机理：金属基体原料为球形颗粒，其比表面积小，因此在球磨混合过程中无法为增强体提供更多的负载位置，随着增强体含量的增加，会在基体表面发生堆叠，导致团聚；而经过预球磨变形后将金属基体粉末由球形颗粒变形为片状以后，其比表面积大幅增加，为增强体提供了更大的接触面积和负载位置，从而可以更有效的提高增强体的均匀分散性和分散量。
附图说明
图1普通球磨法导致复合材料产生缺陷(a)和增强体团聚(b)，负载量3.5wt％
图2本发明的分段球磨法可促进大含量石墨烯的均匀分散
图3本发明的分段球磨工艺流程图
图4为采用该分段球磨工艺得到的含有不同负载铜的石墨烯含量的复合材料拉伸曲线；
图5为采用该分段球磨工艺得到的含有不同BN纳米片含量的复合材料拉伸曲线。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述，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9.55g铝粉，0.1g硬脂酸，置于250ml的不锈钢球磨罐中，并充入氩气。采用行星式球磨机以500转/小时球磨8小时，球料比10:1。第一阶段铝基体粉末球磨变形为片状后，再向球磨罐中加入0.35g铜负载石墨烯以500转/小时球磨3小时，球料比10:1，完后第二阶段的粉末复合。第二阶段球磨结束后取出混合粉末，采用直径为20mm的模具在500MPa压力下冷压成型，然后放入管式炉中进行烧结，烧结温度为600℃，烧结完成后在550℃进行挤压变形，挤压比为16:1，得到直径为5mm的复合材料样品(增强体石墨烯含量为3.5wt％)。其断裂强度为480MPa，延伸率为10.5％。如图4.
实施例2
称取9.5g铝粉，0.1g硬脂酸，置于250ml的不锈钢球磨罐中，并充入氩气。采用行星式球磨机以500转/小时球磨8小时，球料比10:1。第一阶段铝基体粉末球磨变形为片状后，再向球磨罐中加入0.4g BN纳米片以500转/小时球磨4小时，球料比10:1，完后第二阶段的粉末复合。第二阶段球磨结束后取出混合粉末，采用直径为20mm的模具在500MPa压力下冷压成型，然后放入管式炉中进行烧结，烧结温度为750℃，烧结完成后在600℃进行挤压变形，挤压比为16:1，得到直径为5mm的复合材料样品(增强体BN纳米片含量为4wt％)。其断裂强度为400MPa，延伸率为12％。
实施例3
称取9.1g铝粉，0.1g硬脂酸，置于250ml的不锈钢球磨罐中，并充入氩气。采用行星式球磨机以500转/小时球磨8小时，球料比10:1。第一阶段铝基体粉末球磨变形为片状后，再向球磨罐中加入0.6g BN纳米片以500转/小时球磨5小时，球料比10:1，完后第二阶段的粉末复合。第二阶段球磨结束后取出混合粉末，采用直径为20mm的模具在500MPa压力下冷压成型，然后放入管式炉中进行烧结，烧结温度为750℃，烧结完成后在600℃进行挤压变形，挤压比为16:1，得到直径为5mm的复合材料样品(增强体BN纳米片含量为6wt％)。其断裂强度为570MPa，延伸率为6.5％。如图5.
实施例4
称取9.1g铝粉，0.1g硬脂酸，置于250ml的不锈钢球磨罐中，并充入氩气。采用行星式球磨机以500转/小时球磨8小时，球料比10:1。第一阶段铝基体粉末球磨变形为片状后，再向球磨罐中加入0.8g BN纳米片以500转/小时球磨6小时，球料比10:1，完后第二阶段的粉末复合。第二阶段球磨结束后取出混合粉末，采用直径为20mm的模具在500MPa压力下冷压成型，然后放入管式炉中进行烧结，烧结温度为750℃，烧结完成后在600℃进行挤压变形，挤压比为16:1，得到直径为5mm的复合材料样品(增强体BN纳米片含量为8wt％)。其断裂强度为610MPa，延伸率为5.5％。
本发明提供的利用分段式球磨工艺提高增强体均匀分散性和分散量的粉末冶金新方法。与现有球磨工艺相比，利用本方法制备的复合材料的增强体分散量可以大幅提高(如图2所示)(石墨烯由2wt％提高到4wt％，强度提高200MPa；BN纳米片由4wt％提高到8wt％，强度提高220MPa)。
Claims (4)
1.一种提高增强体分散性和分散量的粉末冶金方法，包括下列步骤：
(1)配制金属基体粉末
按照过程控制剂：金属基体粉末质量比1:(95-99)的比例配制预球磨金属基体粉末；
(2)第一阶段球磨：在氩气保护下先对步骤(1)配制的金属基体粉末进行球磨预处理变形，变形为片状；球磨参数：球料比5:1-15:1，转速300～500转/分，球磨时间4-8小时。
(3)第二阶段球磨：将增强体加入经过球磨第一阶段球磨处理的片状金属基体中，在氩气保护下对混合粉末粉末进行球磨处理，球磨参数：球料比5:1-15:1，转速300～500转/分，球磨时间4-8小时
(4)球磨后的混合粉末进行烧结，烧结温度根据增强体和金属基体的种类调整。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金方法，其特征在于，所述的增强体为BN纳米片或铜负载石墨烯。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金方法，其特征在于，所述的增强体的加入比例为过程控制剂的3-8倍。
4.根据权利要求1所述的粉末冶金方法，其特征在于，烧结方法采用无压烧结、真空热压烧结、热等静压烧结或放电等离子烧结。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010670339.8A CN111889685A (zh) | 2020-07-13 | 2020-07-13 | 一种提高增强体分散性和分散量的粉末冶金方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010670339.8A CN111889685A (zh) | 2020-07-13 | 2020-07-13 | 一种提高增强体分散性和分散量的粉末冶金方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111889685A true CN111889685A (zh) | 2020-11-06 |
Family
ID=73192452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010670339.8A Pending CN111889685A (zh) | 2020-07-13 | 2020-07-13 | 一种提高增强体分散性和分散量的粉末冶金方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111889685A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112846198A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-28 | 中冶赛迪技术研究中心有限公司 | 一种纳米颗粒增强金属基复合材料及其制备方法 |
| CN115055687A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-09-16 | 湖南晨智纳米材料科技有限公司 | 一种锌铝合金-石墨烯复合粉体材料的生产方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56116851A (en) * | 1980-02-21 | 1981-09-12 | Nissan Motor Co Ltd | Cylinder liner material for internal combustion engine |
| CN104831099A (zh) * | 2015-04-07 | 2015-08-12 | 苏州阿罗米科技有限公司 | 一种铝碳复合材料的制备方法 |
| CN106312057A (zh) * | 2016-09-13 | 2017-01-11 | 上海交通大学 | 纳米颗粒增强超细晶金属基复合材料的粉末冶金制备方法 |
| CN108080644A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-29 | 中国科学院金属研究所 | 一种高强韧化金属基复合材料的粉末冶金制备方法 |
| CN109108298A (zh) * | 2018-09-20 | 2019-01-01 | 宁夏大学 | 一种高强韧分级结构金属基复合材料的制备方法 |
| CN109554565A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-04-02 | 昆明理工大学 | 一种碳纳米管增强铝基复合材料的界面优化方法 |
| CN110541083A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-12-06 | 天津大学 | 原位合成纳米MgO增强铝合金基复合材料的制备方法 |
-
2020
- 2020-07-13 CN CN202010670339.8A patent/CN111889685A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56116851A (en) * | 1980-02-21 | 1981-09-12 | Nissan Motor Co Ltd | Cylinder liner material for internal combustion engine |
| CN104831099A (zh) * | 2015-04-07 | 2015-08-12 | 苏州阿罗米科技有限公司 | 一种铝碳复合材料的制备方法 |
| CN106312057A (zh) * | 2016-09-13 | 2017-01-11 | 上海交通大学 | 纳米颗粒增强超细晶金属基复合材料的粉末冶金制备方法 |
| CN108080644A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-29 | 中国科学院金属研究所 | 一种高强韧化金属基复合材料的粉末冶金制备方法 |
| CN109108298A (zh) * | 2018-09-20 | 2019-01-01 | 宁夏大学 | 一种高强韧分级结构金属基复合材料的制备方法 |
| CN109554565A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-04-02 | 昆明理工大学 | 一种碳纳米管增强铝基复合材料的界面优化方法 |
| CN110541083A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-12-06 | 天津大学 | 原位合成纳米MgO增强铝合金基复合材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 周玉超: "《钨硼化合物/铝复合屏蔽材料设计及性能研究》", 《钨硼化合物/铝复合屏蔽材料设计及性能研究》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112846198A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-28 | 中冶赛迪技术研究中心有限公司 | 一种纳米颗粒增强金属基复合材料及其制备方法 |
| CN112846198B (zh) * | 2021-01-05 | 2022-11-22 | 中冶赛迪工程技术股份有限公司 | 一种纳米颗粒增强金属基复合材料及其制备方法 |
| CN115055687A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-09-16 | 湖南晨智纳米材料科技有限公司 | 一种锌铝合金-石墨烯复合粉体材料的生产方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108080644B (zh) | 一种高强韧化金属基复合材料的粉末冶金制备方法 | |
| CN111500911A (zh) | 一种高强韧纳米增强金属基复合材料的制备方法 | |
| US11731178B2 (en) | Rolled (FeCoNiCrRn/Al)-2024Al composite panel and fabrication method thereof | |
| CN110273092B (zh) | 一种CoCrNi颗粒增强镁基复合材料及其制备方法 | |
| WO2021027824A1 (zh) | 一种钨基合金材料及其制备方法 | |
| CN109338172A (zh) | 一种高熵合金增强的2024铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN112143924B (zh) | 一种用于腐蚀环境的多尺度高强高熵合金材料的制备方法 | |
| CN112267038B (zh) | 一种BN纳米片/1060Al复合材料的制备方法 | |
| CN109897987A (zh) | 一种铝基纳米复合材料及其制备方法 | |
| CN109554565A (zh) | 一种碳纳米管增强铝基复合材料的界面优化方法 | |
| CN111889685A (zh) | 一种提高增强体分散性和分散量的粉末冶金方法 | |
| CN113088735B (zh) | 基于分级复合制备高强塑性钛-石墨烯复合材料的方法 | |
| CN111705252A (zh) | 一种Al2O3纳米颗粒增强CrCoNi中熵合金基复合材料及制备方法 | |
| CN114318039B (zh) | 三峰晶粒结构金属基复合材料的元素合金化制备方法 | |
| CN111549246B (zh) | 一种高韧性石墨烯/zk61镁合金复合材料的制备方法 | |
| CN113862540B (zh) | 一种添加max相的钼合金及其制备方法 | |
| CN111041258A (zh) | 基于钨纳米颗粒的增强型轻质金属基复合材料及制备方法 | |
| CN107761022B (zh) | 一种混合相增强镁基复合材料及其制备方法 | |
| CN112226639A (zh) | 一种基于环己烯球磨介质的原位超细晶TiC增强钛基复合材料及其制备方法 | |
| CN116287913A (zh) | 一种增材制造用微量元素改性铝锂合金粉末及其制备方法 | |
| CN111730059B (zh) | 一种高体积分数超细颗粒增强Mg-Li基复合材料及其制备方法 | |
| CN112159908A (zh) | 一种少层纳米二硫化钼增强铝基复合材料的制备方法 | |
| CN109371304B (zh) | 一种原位生成碳化钼强化钼基复合材料及其制备方法 | |
| CN113604757B (zh) | 一种超高强异质结构钛合金及其制备方法 | |
| CN111893337B (zh) | 高温合金的制备方法 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201106 |