[发明专利]纳米颗粒增强铝基复合材料及其生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料。

具体而言，本发明构思了一种增强型铝基复合材料及其生产工艺。

本说明书中所用术语的定义。

本说明书中所使用的术语“气动”指采用空气、气体(如载气/惰性气体或气体混合物等)完成的工艺(功能/操作)。

背景

金属基复合材料(MMC)至少由两部分构成，一部份是金属，另一部份是一种不同的非金属材料，如陶瓷或无机化合物。

金属基复合材料(MMC)是一种定制材料，增强物质散布在金属基中。增强物质可在外部合成，然后添加到金属基中，也可以在金属中进行原位化学反应来制备。

近期备受关注的一种MMC就是颗粒增强铝基复合材料，采用原位化学反应技术来制备。这类复合材料较铝基具有更优的机械性能，已在运输、电子和娱乐产品中获得应用。

美国专利US 4,772,452公开了一种生产TiC增强铝基复合材料的工艺，所需的金属铝、含钛化合物和碳化物均以粉末形式提供，经过预先混合、压实，然后在接近铝熔点的反应温度下加热生成复合材料。

美国专利US 6,843,865公开了一种生产TiC增强铝基复合材料的工艺，熔融态的铝钛金属混合物与卤化碳反应生成复合材料。反应在剧烈的机械搅拌下进行。

美国专利US 4,748,001公开了一种生产TiC增强铝基复合材料的工艺。

将碳粉预热至700℃后添加到熔融的铝钛金属混合物中，然后在高温下剧烈搅拌，接着在非常高的温度(1100至1400℃)下做后续处理，生成所需的复合材料。熔体采用机械式搅拌。

上述工艺的一个最大局限就是增强颗粒呈异构分布，从而导致样本和批次间的性能不稳定。而且其他因素，如在非常高的温度(1100至1400℃)下做后续处理、预热前体以使粉末熔化、以及严格控制粉末粒度在规格范围内而使之充分混合及熔化，都会导致处理成本增加。使用部份上述公开的工艺所制得的复合材料含有最大5％的颗粒增强物质，超出会使混合效果很差。

因此，感觉需要开发一种复合材料，含有更高的颗粒增强物质，颗粒增强物质的分布均匀，以获得优异的机械性能。

发明目的

本发明的主要目的是，制备具有精细和均匀颗粒分布的铝基复合材料。

本发明的另一个目的是，提供具有良好机械性能的铝基复合材料。

本发明还有一个目的，就是提供一种低成本制备铝基复合材料的工艺。

发明概述

一种制备纳米颗粒增强铝基复合材料的工艺，所述工艺包括以下步骤：

a)将混合物注入熔融的金属铝中，并维持温度在750℃至1200℃范围以得到熔体，混合物包含(i)至少一种含金属的化合物，该化合物选自钛化合物、钒化合物和锆化合物，以及(ii)至少一种含非金属的化合物，该化合物选自含碳化合物、含硼化合物和含氧化合物；

c)搅拌熔体5至60分钟以获得熔融的复合材料；以及

d)浇铸并固化熔融的复合材料。

在本发明的首选实施例中，注入步骤采用气动方式，以注入混合物中的至少一个化合物。通常，在注入步骤中使用压力载气来实施气动注入。

通常，透过装有浸入式喷枪的给料机，将步骤a)中混合物所包含的至少一种化合物气动注入熔融铝中，所述喷枪浸入熔融的金属铝中。

在本发明的一个首选实施例中，熔体采用载气来搅拌。通常，采用载气搅拌熔体5至20分钟。

通常，载气选自氩气和氮气。

通常，在步骤a)至步骤b)的温度维持在850℃至1000℃范围。

在本发明的首选实施例中，步骤a)中的化合物选自氟化钾钛、氧化钛、二硼化钛。

通常，化合物是钛化合物，选自氟化钾钛和氧化钛。通常，钛化合物呈粉末状。

在本发明的首选实施例中，碳选自石墨粉、二氧化碳和甲烷气。

在本发明的首选实施例中，氧选自氧气、氧化硅、氧化铝、氧化锌和氧化亚铜。

在本发明的首选实施例中，制成的纳米颗粒增强铝基复合材料含有最大15％的碳化钛化合物。

在本发明的其他方面，纳米颗粒增强铝基复合材料还包含至少一种合金金属，选自镁、铜、锌和硅。

附图的简短说明

图1示出根据本发明和常规方法所制备样本的XRD(X射线衍射)图。

图2示出根据本发明和常规方法所制备样本的电子扫描显微镜照片。

图3示出采用本发明制备的铸铝样本和复合材料的拉伸曲线。