CN114507827B - 一种铝基非晶复合材料的制备方法及铝基非晶复合材料 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的铝基非晶复合材料的制备方法，将所述晶体粉末与所述铝基非晶粉末进行混合制备混合粉末或者将晶体粉末包覆于铝基非晶粉末表面制备包覆粉，将所述混合粉末或者包覆粉通过冷喷涂技术沉积到基体表面，以得到块体非晶复合材料，将所述块体铝基非晶复合材料从所述基体表面分离，并进行热处理或者热等静压处理，得到所述铝基非晶复合材料，上述制备方法通过将铝基非晶粉末与晶体粉末相混合的方式制备块体铝基非晶复合材料，由于晶体材料的硬度明显低于铝基非晶，因此在碰撞过程中晶体材料粉末的塑性变形程度明显高于非晶颗粒，从而能够有效的填充非晶颗粒之间的孔隙，降低孔隙率，得到致密的块体铝基非晶复合材料。
Description
技术领域
本发明属于表面技术，具体涉及一种铝基非晶复合材料的制备方法及铝基非晶复合材料。
背景技术
铝基非晶由于其优异的力学性能(>1000MPa，远高于7系铝合金的强度)、低密度及优异的耐腐蚀性能而成为最近三十年工程材料的研究热点。但是由于铝基非晶合金的非晶形成能力很差、过冷液相区极窄且易发生晶化等特点，传统的甩带法难以制备出较大尺寸的块体铝基非晶，而新兴的制备工艺如铜模真空铸造所能制备出的最大铝基非晶尺寸也仅约为2mm。为了促进铝基非晶材料在工程中的应用，故迫切需要提供一种新型的制备方法以满足当前的需求。
冷喷涂技术是最近三十年发展起来的一种新型涂层制备工艺，在冷喷涂过程中，固体颗粒在高压气体的带动下，以极高的速度(300-1200m/s)与基体发生碰撞，发生剧烈的塑性变形并沉积形成涂层。由于冷喷涂技术是一种固态颗粒沉积工艺，因此在喷涂过程中能够避免颗粒发生氧化、晶化及相变等，且沉积形成的涂层其内部的残余应力为压应力，故能够用来制备块体材料。
目前针对冷喷涂非晶颗粒沉积过程的研究表明，对于非晶形成能力较强的粉末而言，在喷涂过程中颗粒发生了均匀变形和非均匀变形，而其中发生均匀变形的颗粒所形成的涂层更加致密，此外还提出采用雷诺数来判断颗粒是否达到均匀变形；而对于非晶形成能力较差的铝基非晶而言，由于喷涂过程的限制，导致了颗粒很难发生均匀变形，但是原始粉末中存在的韧性α-Al相可以促进颗粒的变形。
当前制备块体铝基非晶的方法主要是甩带法或铜模真空铸造的方式，所制备的块体铝基非晶尺寸较小(直径约1mm)，难以满足实际工程需要。
此外有专利(CN108914024A)采用了冷喷涂技术制备了块体铝基非晶，但是该方法制备的块体铝基非晶的气孔率远高于常规的晶体材料，且力学性能远低于传统方法制备的块体铝基非晶，因此需要对现有的冷喷涂技术方案进行优化，以便对其性能进行提升。
发明内容
鉴于此，有必要针对现有技术存在的缺陷提供一种致密程度高的铝基非晶复合材料的制备方法。
为解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
本申请提供了一种铝基非晶复合材料的制备方法，包括下述步骤：
提供晶体粉末及铝基非晶粉末；
将所述晶体粉末与所述铝基非晶粉末进行混合制备混合粉末或者将晶体粉末包覆于铝基非晶粉末表面制备包覆粉；
将所述混合粉末或者包覆粉通过冷喷涂技术沉积到基体表面，以得到块体非晶复合材料；
将所述块体铝基非晶复合材料从所述基体表面分离，并进行热处理或者热等静压处理，得到所述铝基非晶复合材料。
在其中一些实施例中，在提供晶体粉末及铝基非晶粉末的步骤中，所述晶体粉末包括Al粉、Al6061、Al7075粉末、Cu粉、Ni粉等中的至少一种。
在其中一些实施例中，所述晶体粉末的粒度范围在5-60μm。
在其中一些实施例中，在提供晶体粉末及铝基非晶粉末的步骤中，所述铝基非晶粉末由气雾化制备得到，粒度范围在5-50μm。
在其中一些实施例中，所述铝基非晶粉末的相组成由非晶部分和ɑ-Al相组成，其中，非晶含量不低于50％。
在其中一些实施例中，在将所述晶体粉末与所述铝基非晶粉末进行混合制备混合粉末或者将晶体粉末包覆于铝基非晶粉末表面制备包覆粉的步骤中，所述晶体粉末与所述铝基非晶粉末的质量比范围为从1：20到20：1。
在其中一些实施例中，在将所述混合粉末或者包覆粉通过冷喷涂技术沉积到基体表面，以得到块体非晶复合材料的步骤中，所述冷喷涂技术的喷涂气体压力范围为0.5MPa-6MPa，预热温度从120℃到550℃，喷涂距离为5mm到50mm，移枪速度为1mm/s到500mm/s。
在其中一些实施例中，所述基体包括金属材料、陶瓷材料、玻璃或者高分子材料，所述金属材料包括Al或Al合金或不锈钢或Cu。
在其中一些实施例中，在将所述块体铝基非晶复合材料从所述基体表面分离，并进行热处理或者热等静压处理，得到所述铝基非晶复合材料的步骤中，所述热处理或者热等静压处理的温度大于100℃。
另外，本申请还提供了一种铝基非晶复合材料，由上述任一项所述的铝基非晶复合材料的制备方法制备得到。
本申请采用上述技术方案具备下述效果：
本申请提供的铝基非晶复合材料的制备方法，将所述晶体粉末与所述铝基非晶粉末进行混合制备混合粉末或者将晶体粉末包覆于铝基非晶粉末表面制备包覆粉，将所述混合粉末或者包覆粉通过冷喷涂技术沉积到基体表面，以得到块体非晶复合材料，将所述块体铝基非晶复合材料从所述基体表面分离，并进行热处理或者热等静压处理，得到所述铝基非晶复合材料，上述制备方法通过将铝基非晶粉末与晶体粉末相混合的方式制备块体铝基非晶复合材料，由于晶体材料的硬度明显低于铝基非晶，因此在碰撞过程中晶体材料粉末的塑性变形程度明显高于非晶颗粒，从而能够有效的填充非晶颗粒之间的孔隙，降低孔隙率，得到致密的块体铝基非晶复合材料，此外，对于喷涂态的块体铝基非晶复合材料，通过进行热处理或热等静压处理，进一步提高致密度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的铝基非晶复合材料的制备方法的步骤流程图。
图2为本发明实施例1提供的铝基非晶复合材料的制备方法制备得到的铝基非晶复合材料的截面示意图。
图3为本发明实施例2提供的铝基非晶复合材料的制备方法制备得到的铝基非晶复合材料的截面示意图。
图4为本发明实施例3提供的铝基非晶复合材料的制备方法制备得到的铝基非晶复合材料的截面示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
请参阅图1，为本申请提供的铝基非晶复合材料的制备方法的步骤流程图，包括下述步骤：
步骤S110：提供晶体粉末及铝基非晶粉末。
在其中一些实施例中，所述晶体粉末包括Al粉、Al6061、Al7075粉末、Cu粉、Ni粉等中的至少一种。
在其中一些实施例中，所述晶体粉末的粒度范围在5-60μm。
进一步地，所述晶体粉末可以采用水雾化法或球磨法或电解法等制备得到。
在其中一些实施例中，所述铝基非晶粉末由气雾化制备得到，粒度范围在5-50μm。
进一步地，为了提高铝基非晶的非晶形成能力，采用气雾化制备铝基非晶粉末可以适当添加其他种类的元素(如稀土元素、Co、Ni、Fe等元素)。
在其中一些实施例中，所述铝基非晶粉末的相组成由非晶部分和ɑ-Al相组成，其中，非晶含量不低于50％。
步骤120：将所述晶体粉末与所述铝基非晶粉末进行混合制备混合粉末或者将晶体粉末包覆于铝基非晶粉末表面制备包覆粉。在其中一些实施例中，所述晶体粉末与所述铝基非晶粉末的质量比为范围为从1：20到20：1。
步骤130：将所述混合粉末或者包覆粉通过冷喷涂技术沉积到基体表面，以得到块体非晶复合材料。
在其中一些实施例中，所述冷喷涂技术的喷涂气体压力范围为0.5MPa-6MPa，预热温度从120℃到550℃，喷涂距离为5mm到50mm，移枪速度为1mm/s到500mm/s。
进一步地，所述基体包括金属材料、陶瓷材料、玻璃或者高分子材料，所述金属材料包括Al或Al合金或不锈钢或Cu。
步骤S140：将所述块体铝基非晶复合材料从所述基体表面分离，并进行热处理或者热等静压处理，得到所述铝基非晶复合材料。
在其中一些实施例中，所述热处理或者热等静压处理的温度大于100℃。
可以理解，将所述块体铝基非晶复合材料从基体上切割，然后进行热处理或者热等静压处理，进一步提高致密度，并优化其性能。
上述制备方法通过将铝基非晶粉末与晶体粉末相混合的方式制备块体铝基非晶复合材料，由于晶体材料的硬度明显低于铝基非晶，因此在碰撞过程中晶体材料粉末的塑性变形程度明显高于非晶颗粒，从而能够有效的填充非晶颗粒之间的孔隙，降低孔隙率，得到致密的块体铝基非晶复合材料，此外，对于喷涂态的块体铝基非晶复合材料，通过进行热处理或热等静压处理，进一步提高致密度。
以下结合详细实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1：
将Al粉与Al基非晶粉末按照质量比1：1混合，其中Al粉为经过-300目筛网筛分后得到的粉末，Al基非晶粉末的粒度为-275目。两种粉末通过机械混合2h后，得到喷涂所需粉末。采用氮气作为加速和送粉气体，喷涂所需压力为3MPa，预热温度为320℃，喷涂距离为20mm，移枪速度为500mm/min，得到的涂层截面示意图如图2所示，涂层较为致密，单道厚度近1.3mm，反复喷涂即可得到块体Al基非晶复合材料。
实施例2：
将Al6061粉与Al基非晶粉末按照质量比1：2混合，其中Al6061粉为经过-300目筛网筛分后得到的粉末，Al基非晶粉末的粒度为-275目。两种粉末通过机械混合2.5h后，得到喷涂所需粉末。采用氮气作为加速和送粉气体，喷涂所需压力为3.5MPa，预热温度为360℃，喷涂距离为25mm，移枪速度为600mm/min，得到的涂层截面示意图如图3所示，涂层较为致密，单道厚度近1.4mm，反复喷涂即可得到块体Al基非晶复合材料。
实施例3：
将Al7075粉与Al基非晶粉末按照质量比1：4混合，其中Al7075粉为经过-300目筛网筛分后得到的粉末，Al基非晶粉末的粒度为-275目。两种粉末通过机械混合2.5h后，得到喷涂所需粉末。采用氮气作为加速和送粉气体，喷涂所需压力为4MPa，预热温度为400℃，喷涂距离为30mm，移枪速度为800mm/min，得到的涂层截面示意图如图4所示，涂层较为致密，单道厚度近1.2mm，反复喷涂即可得到块体Al基非晶复合材料。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种铝基非晶复合材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
提供晶体粉末及铝基非晶粉末，所述晶体粉末包括Al粉、Al6061、Al7075粉末、Cu粉、Ni粉中的至少一种；
将所述晶体粉末与所述铝基非晶粉末进行混合制备混合粉末或者将晶体粉末包覆于铝基非晶粉末表面制备包覆粉；
将所述混合粉末或者包覆粉通过冷喷涂技术沉积到基体表面，以得到块体非晶复合材料；
将所述块体铝基非晶复合材料从所述基体表面分离，并进行热处理或者热等静压处理，得到所述铝基非晶复合材料。
2.根据权利要求1所述的铝基非晶复合材料的制备方法，其特征在于，所述晶体粉末的粒度范围在5-60μm。
3.根据权利要求1所述的铝基非晶复合材料的制备方法，其特征在于，在提供晶体粉末及铝基非晶粉末的步骤中，所述铝基非晶粉末由气雾化制备得到，粒度范围在5-50μm。
4.根据权利要求3所述的铝基非晶复合材料的制备方法，其特征在于，所述铝基非晶粉末的相组成由非晶部分和ɑ-Al相组成，其中，非晶含量不低于50％。
5.根据权利要求1所述的铝基非晶复合材料的制备方法，其特征在于，在将所述晶体粉末与所述铝基非晶粉末进行混合制备混合粉末或者将晶体粉末包覆于铝基非晶粉末表面制备包覆粉的步骤中，所述晶体粉末与所述铝基非晶粉末的质量比范围从1：20到20：1。
6.根据权利要求1所述的铝基非晶复合材料的制备方法，其特征在于，在将所述混合粉末或者包覆粉通过冷喷涂技术沉积到基体表面，以得到块体非晶复合材料的步骤中，所述冷喷涂技术的喷涂气体压力范围为0.5MPa-6MPa，预热温度从120℃到550℃，喷涂距离为5mm到50mm，移枪速度为1mm/s到500mm/s。
7.根据权利要求6所述的铝基非晶复合材料的制备方法，其特征在于，所述基体包括金属材料、陶瓷材料、玻璃或者高分子材料，所述金属材料包括Al或Al合金或不锈钢或Cu。
8.根据权利要求4所述的铝基非晶复合材料的制备方法，其特征在于，在将所述块体铝基非晶复合材料从所述基体表面分离，并进行热处理或者热等静压处理，得到所述铝基非晶复合材料的步骤中，所述热处理或者热等静压处理的温度大于100℃。
9.一种铝基非晶复合材料，其特征在于，由上述权利要求1至8任一项所述的铝基非晶复合材料的制备方法制备得到。
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