CN1414131A - 硼酸镁晶须增强铝基复合材料及制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种硼酸镁晶须增强铝基复合材料及制备工艺。是以价格低廉的晶须一硼酸镁晶须作为增强体的铝基复合材料，本发明的复合材料具有高比强度高比刚度低热膨胀系数高耐磨性，并且可以通过常规的热加工方法对其进行二次加工。并且可以降低晶须增强复合材料的价格，扩大应用领域和提高市场竞争力。本发明的成分配比为：硼酸镁晶须∶2－50Mass％；余量为铝及铝合金。发明的制备工艺是：晶须的表面化学处理；挤压毛坯的制备；有挤压铸造法和粉末冶金法两种；挤压铸造法制备热挤压毛坯为：晶须预制件的成型；晶须预制件的烧结；挤压铸造。粉末冶金法制备热挤压毛坯为：混粉；压制成型；封套；热压；热挤压。

Description

硼酸镁晶须增强铝基复合材料及制备工艺
所属领域
本发明涉及一种价格低廉的晶须——硼酸镁晶须作为增强体的铝基复合材料及制备工艺，一种以硼酸镁晶须作为增强体，以铝及铝合金做为基体金属的金属基复合材料，属于新材料技术领域。
背景技术
近年来，晶须增强铝基复合材料引起国内外科研工作者的高度重视，这是因为晶须增强铝基复合材料具有一系列优异性能。例如高比强度高比刚度低热膨胀系数高耐磨性等等，并且可以通过常规的热加工方法对其进行二次加工。因此晶须增强铝基复合材料具有十分广泛的应用前景。然而一般晶须的价格比较昂贵，使得该材料成本高，难以得到广泛的商业应用。
技术方案
本发明的目的是公开一种硼酸镁晶须增强铝基复合材料及制备工艺。是以价格低廉的晶须——硼酸镁晶须作为增强体的铝基复合材料，本发明的复合材料具有高比强度高比刚度低热膨胀系数高耐磨性，并且可以通过常规的热加工方法对其进行二次加工。并且可以降低晶须增强复合材料的价格，扩大应用领域和提高市场竞争力。
本发明的成分配比为：
硼酸镁晶须：2-50Mass％
余量为铝及铝合金
所述的铝合金可以是：铝—硅系合金、铝—铜系合金、铝—硅—铜系合金、铝—锰系合金、铝—锌系合金等不同系列的铝合金。
本发明的制备工艺是：
1.硼酸镁晶须的表面化学处理
首先配制3mol％的Ni(NO3)2水溶液；
将硼酸镁晶须倒入蒸馏水中后，硼酸镁晶须和蒸馏水的混合物进行超声分散处理1-4小时：
将配制好的Ni(NO3)2水溶液倒入分散后的硼酸镁晶须和水的混合物中，Ni(NO3)2水溶液与硼酸镁晶须的重量比1∶5-1∶30，而后将氨水滴入上述混合物中，直至Ni(NO3)2与NH4OH全部反应。在滴入氨水的过程中要不断进行机械搅拌；
2.挤压毛坯的制备：
硼酸镁晶须增强铝基复合材料的挤压毛坯制备方法，有挤压铸造法和粉末冶金法两种；
2.1 挤压铸造法制备热挤压毛坯：
2.1.1 硼酸镁晶须预制件的成型
将经过表面处理的硼酸镁晶须倒入模具中，滤掉其中的水溶液，加压压制到预定的高度；
压强0.1-1Mpa，保压时间10-15min，然后脱模。
2.1.2 硼酸镁晶须预制件的烧结
将模压成型后的预制件在电炉中加热到700-900℃，保温1小时，随炉冷却。
2.1.3 挤压铸造
将挤压模具和硼酸镁晶须预制件预热到450-500℃，硼酸镁晶须预制件放入挤压模具中，将加热到700-800℃的液态铝合金倒入模具，加压使液态铝合金渗入到硼酸镁晶须预制件中，压强5-20Mpa，保压待液态铝合金在压力下凝固后脱模，热挤压毛坯加工完成。
2.2 粉末冶金法制备热挤压毛坯
2.2.1 混粉
在混粉机中经表面化学处理过的硼酸镁晶须和铝合金粉末混合均匀，混合介质用酒精，混合后将混合粉末真空烘干。真空度10-1pa，温度120℃，保温4小时。
2.2.2 压制成型
利用模具冷压成型或者冷等静压将混合后的粉末压制成型，压制压强200——250Mpa。
2.2.3 封套
压制后的工件，放置到铝包套抽真空1×10-1pa，，然后封焊。
2.2.4 热压
将包套封焊后的工件放置到热压模具中，加热到450-520℃，热压压强100-200Mpa，保压5——15min，冷却后脱模。
3.热挤压
挤压铸造或者保套热压后的毛坯经热挤压加工成棒、板、管等各种型材，热挤压温度450——500℃，挤压比1∶5-10。
被发明是一种硼酸镁晶须的基本性能为：
    平均长度        10-20μm
    平均直径        0.2-5μm
    密度            2.93g/cm3
    拉伸强度        4Gpa
    强性模量        240Gpa
本发明硼酸镁晶须增强铝基材料热挤压型材的性能为：
    抗拉强度：      380-750Mpa
    弹性模量        75--135Gpa
    密度            2.75-2.90g/cm3
    延伸率          5-70％
实施方案
实施例1
复合材料成分(Mass％)：硼酸镁晶须：5％，铝及铝合金：余量。
性能：抗拉强度          380Mpa
      弹性模量          75Gpa
      密度              2.7g/cm3
      延伸率            70％
实施例2
复合材料成分(Mass％)：硼酸镁晶须：10％，铝及铝合金：余量。
性能：抗拉强度           450Mpa
      弹性模具           90Gpa
      密度               2.72g/cm3
      延伸率             30％
实施例3
复合材料成分(Mass％)：硼酸镁晶须：20％，铝及铝合金：余量。
性能：抗拉强度          650Mpa
      弹性模具          110Gpa
      密度              2.78/cm3
      延伸率            8％
实施例4
复合材料成分(Mass％)：硼酸镁晶须：30％，铝及铝合金：余量。
性能：抗拉强度          700Mpa
      弹性模具          125Gpa
      密度       2.28g/cm3
      延伸率     5％
实施例5
复合材料成分(Mass％)：硼酸镁京须：40％，铝及铝合金：余量。
性能：抗拉强度          750Mpa
      弹性模具          135Gpa
      密度              2.85/cm3
      延伸率            2％

Claims (2)

1.一种硼酸镁晶须增强铝基复合材料及制备工艺，硼酸镁晶须增强铝基复合材料的成分配比为：
硼酸镁晶须：2-50Mass％
余量为铝及铝合金；
所述的铝合金可以是：铝—硅系合金、铝—铜系合金、铝—硅—铜系合金、铝—锰系合金、铝—锌系合金等不同系列的铝合金。
2.如权利要求1所述的硼酸镁晶须增强铝基复合材料，其制备工艺是：
(1).硼酸镁晶须的表面化学处理；
首先配制3mol％的Ni(NO3)2水溶液；
将晶须倒入蒸馏水中后，硼酸镁晶须和蒸馏水的混合物进行超声分散处理1-4小时：
将配制好的Ni(NO3)2水溶液倒入分散后的硼酸镁晶须和水的混合物中，Ni(NO3)2水溶液与硼酸镁晶须的重量比1∶5-1∶30，而后将氨水滴入上述混合物中，直至Ni(NO3)2与NH4OH全部反应。在滴入氨水的过程中要不断进行机械搅拌；
(2).挤压毛坯的制备：
硼酸镁晶须增强铝基复合材料的挤压毛坯制备方法，有挤压铸造法和粉末冶金法两种；
(2.1)挤压铸造法制备热挤压毛坯：
(2.1.1)硼酸镁晶须预制件的成型
将经过表面处理的硼酸镁晶须倒入模具中，滤掉其中的水溶液，加压压制到预定的高度；
压强0.1——1Mpa，保压时间10——15min，然后脱模；
(2.1.2)硼酸镁晶须预制件的烧结
将模压成型后的预制件在电炉中加热到700——900℃，保温1小时，随炉冷却；
(2.1.3)挤压铸造
将挤压模具和硼酸镁晶须预制件预热到450-500℃，硼酸镁晶须预制件放入挤压模具中，将加热到700——800℃的液态铝合金倒入模具，加压使液态铝合金渗入到硼酸镁晶须预制件中，压强5-20Mpa，保压待液态铝合金在压力下凝固后脱模，热挤压毛坯加工完成；
(2.2)粉末冶金法制备热挤压毛坯
(2.2.1)混粉
在混粉机中经表面化学处理过的硼酸镁晶须和铝合金粉末混合均匀，混合介质用酒精，混合后将混合粉末真空烘干。真空度10-1pa，温度120℃，保温4小时；
(2.2.2)压制成型
利用模具冷压成型或者冷等静压将混合后的粉末压制成型，压制压强200——250Mpa；
(2.2.3)封套
压制后的工件，放置到铝包套抽真空1×10-1pa，，然后封焊；
(2.2.4)热压
将包套封焊后的工件放置到热压模具中，加热到450-520℃，热压压强100-200Mpa，保压5-15min，冷却后脱模；
(3).热挤压
挤压铸造或者保套热压后的毛坯经热挤压加工成棒、板、管等各种型材，热挤压温度450-500℃，挤压比1∶5-10。
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