[发明专利]微纳米颗粒增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝基复合材料及其制备工艺，特别涉及一种以表面包覆氧化铜纳米粒子的碳化硅粉体作为增强相的铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷颗粒由于其高硬度、高模量及其尺寸稳定性等优点，在材料设计中作为一种增强相在金属基、树脂基复合材料中得到了广泛应用，而且就单一的陶瓷粉体或是单一的金属粉体在近几年已经实现了产业化生产，其粒径也从微米级发展到纳米级范围，但是陶瓷颗粒与所加入基体材料体系之间润湿性能差，严重制约陶瓷粉体材料的应用。颗粒增强铝基复合材料兼有铝合金和增强颗粒的优点，具有高的比强度和模量、良好的导热和导电性以及优良的耐磨性等性能，在航天航空、汽车、先进武器系统中均具有广阔的应用前景。例如在公开号为CN 1182063A发明专利中提出了一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料的方法，其通过将陶瓷颗粒用助浸剂氟酸盐进行处理，处理过的陶瓷颗粒放在铝液底部，保温一段时间后进行平稳搅拌，将铝液浇入铸型，此发明可以改善铝液对陶瓷颗粒表面的润湿性，并通过进行平稳搅拌，可以在大气环境下制备出所需的复合材料。而在公开号为CN 1648269A的发明专利中提出了一种陶瓷颗粒增强锌-铝复合材料的制备工艺，其以锌和铝元素为基，加入了铜、锑、镁等合金元素，提供的二步法熔炼制备工艺既保证了钛粉与氟硼酸钾的正常反应，从而为充分生成纯净硼化钛颗粒创造了良好的条件；又可以使得硼化钛在较低的温度下进入到锌-铝合金基体中，避免了金属锌熔液的过热氧化烧损；此发明中的硼化钛颗粒相保持了其原位生成形貌，弥散均匀分布于复合材料基体中。以上技术方案的不足之处在于，其均为单一尺度颗粒增强，颗粒均为微米级尺寸，而根据研究表明，增强体尺寸对复合材料的性能有重要的影响，随着增强体尺寸的增加，材料的强度会逐渐降低，但是若采用细小的纳米、亚微米级的颗粒作为增强相，则又很难在基体中均匀分散。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足提出一种微纳米颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，其利用搅拌铸造结合原位反应的工艺，使微纳米颗粒在基体中均匀的分散，从而在不引入其他杂质的同时制备多尺度、多种类的微纳米颗粒增强铝基复合材料，该铝基复合材料具有保持高强度，制备出高强耐磨的优点。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种微纳米颗粒增强铝基复合材料，以铝或其合金为基体材料，其特征在于：所述铝基复合材料还包含1wt％～10wt％的碳化硅/氧化铝复合材料；

所述碳化硅/氧化铝复合材料均匀分散在基体材料中，其主要由粒径1～200μm的碳化硅颗粒以及弥散分布的纳米氧化铝颗粒组成，其中纳米氧化铝颗粒有由均匀包裹在碳化硅颗粒表面的纳米氧化铜颗粒与基体合金铝热反应生成；

具体而言，所述铝合金为铝硅系、铝铜系、铝镁系、铝锌系铸造合金中的任意一种。

一种微纳米颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1.取粒径为1～200μm的碳化硅粉末加入到含0.1～25mol/L Cu²⁺的铜盐溶液中，至碳化硅颗粒与铜离子的摩尔比为0.5～3，搅拌均匀得到悬浮液，再向该悬浮液中加入碱性溶液，形成混合反应溶液，并在温度为10～80℃的条件下持续搅拌反应10～120min，而后过滤混合反应溶液，取滤出物烘焙、研磨，制得碳化硅/氧化铜复合粉体；

S2.取1～10wt％上述碳化硅/氧化铜复合粉体加入精炼铝液中，在保温条件下持续搅拌均匀，随后升温至780～1400℃使复合粉体与铝熔体铝热反应5～80min后，将获得的复合熔融体铸造成型，得到微纳米颗粒增强铝基复合材料。

进一步的讲，所述铜盐为硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、醋酸铜中的任意一种或两种以上的组合。

所述碱性溶液为由浓度在5～70mol/L的碱性物质形成的溶液，所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡中的任意一种或两种以上的组合。

步骤S1中是在温度为100～500℃的条件下烘焙滤出物2～30h。

步骤S1中是以真空抽滤方式处理混合反应溶液从而分离出滤出物的。

所述精炼铝液是采用如下工艺制备的：

将铝或其合金熔化后，加入0.01～1wt％通用变质剂和0.1～5wt％六氯乙烷 进行变质精炼，其后扒渣，并在温度为600～800℃的条件下保温待用；

所述铝合金为铝硅系、铝铜系、铝镁系、铝锌系铸造合金中的任意一种。