[发明专利]一种纳米氧化铝增强铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制备领域，特别涉及铝基复合材料的制备方法。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料具有比强度、比刚度高、高耐磨性、高的减振性等许多优点。氧化铝因其具有良好的耐熔性能同时又具有高硬度、高的抗压及抗磨等特点，是理想的增强相，为广大学者所关注。微米颗粒可以改善基体的屈服强度及极限抗压强度，但使基体的延展性变差。纳米颗粒能在保持很高含量下全面改善基体的机械性能，因而逐渐受到重视。但是通过传统的工艺制备纳米复合材料存在纳米颗粒易团聚、含量不高、工艺复杂、成型受限等问题，这将阻碍其进一步的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种用纳米氧化铝增强铝基复合材料的制备方法。

本发明所述的制备方法为：首先将纳米氧化铝在无水乙醇中超声处理10～15 min，静置、去除无水乙醇后在500～560℃下烘3～4h；将铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度700～800℃时，将上述纳米氧化铝按铝合金的1～6wt.%的量加入到铝合金熔体中，加入时间为8～25min，在加入过程中引入高能超声波到铝合金熔体中，超声频率5～10KHZ、功率1000W，而后继续超声处理5～20 min，超声频率20KHZ、功率800～1000W；将熔体温度控制在740～750℃，继续超声2～4min，浇入到经400～450℃预热处理的金属模型中，冷却后即可获得。

本发明所述的纳米氧化铝颗粒的最佳尺寸为20～70nm。

本发明得到的铝基纳米复合材料组织中晶粒细小，且纳米氧化铝增强相分布均匀，无团聚现象。此工艺成本低、简单；安全可靠；操作方便。

附图说明

图1为本发明制备的铝基纳米复合材料显微组织。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

实施例1。

首先将纳米氧化铝（30nm）在无水乙醇中超声处理10min，静置、去除无水乙醇后在500℃下烘3h；将铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度700℃时，将上述纳米氧化铝按铝合金1wt.%的量加入到铝合金熔体中，加入时间为8min，在加入过程中引入高能超声波到铝合金熔体中，超声频率及功率分别为5KHZ，1000W，而后继续超声处理5min，超声频率及功率分别为20KHZ，800W；将熔体温度控制在740℃，继续超声2min，浇入到经400℃预热处理的金属模型中，冷却后取样。

实施例2。

首先将纳米氧化铝（30nm）在无水乙醇中超声处理10min，静置、去除无水乙醇后在500℃下烘3h；将铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度700℃时，将上述纳米氧化铝按铝合金1wt.%的量加入到铝合金熔体中，加入时间为8min，在加入过程中引入高能超声波到铝合金熔体中，超声频率及功率分别为5KHZ，1000W，而后继续超声处理10min，超声频率及功率分别为20KHZ，1000W；将熔体温度控制在740℃，继续超声2 min，浇入到经400℃预热处理金属模型中，冷却后取样。

实施例3。

首先将纳米氧化铝（30nm）在无水乙醇中超声处理10min，静置、去除无水乙醇后在500℃下烘3h；将铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度750℃时，将上述纳米氧化铝按铝合金1wt.%的量加入到铝合金熔体中，加入时间为8min， 在加入过程中引入高能超声波到铝合金熔体中，超声频率及功率分别为5KHZ，1000W，而后继续超声处理10min，超声频率及功率分别为20KHZ，1000W；将熔体温度控制在750℃，继续超声2 min，浇入到经400℃预热处理金属模型中，冷却后取样。

实施例4。

首先将纳米氧化铝（30nm）在无水乙醇中超声处理15min，静置、去除无水乙醇后在540℃下烘3h；将铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度800℃时，将上述纳米氧化铝按铝合金2.5wt.%的量加入到铝合金熔体中，加入时间为20 min， 在加入过程中引入高能超声波到铝合金熔体中，超声频率及功率分别为5KHZ，1000W，而后继续超声处理12min，超声频率及功率分别为20KHZ，1000W；将熔体温度控制在750℃，继续超声4min，浇入到经450℃预热处理金属模型中，冷却后取样。

附图1为实施实例3条件下获得的的铝基纳米复合材料组织，图中可见，所获得的铝基纳米复合材料组织中没有树枝晶出现，取而代之的是大量的蔷薇状、球状及等轴状晶粒。超声空化、声流效应使得纳米氧化铝粉末在熔体中均匀分布，在凝固过程中纳米的氧化铝颗粒阻碍了初次铝晶粒的长大从而使复合材料的组织得到了明显的细化。