[发明专利]一种纳米氧化铝增强铝基复合材料半固态浆料的制备方法

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半固态浆料的制备方法。

背景技术

半固态合金在成形过程中充型平稳，产生的热应力低，缩孔、缩松缺陷少，净近成形。颗粒增强铝基复合材料具有比强度、比刚度高、高耐磨性等许多优点。氧化铝（Al₂O₃）因其具有良好的物理化学，机械及热性能，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。纳米颗粒能在保持较低含量下明显提高基体的弹性模量、屈服强度、抗磨性及高温蠕变性，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纳米氧化铝增强铝基复合材料半固态浆料的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

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20～25min，静置、去除无水乙醇，150～200℃干燥、550～600℃煅烧3～4h。煅烧后的纳米氧化铝加入镁粉球磨30～60min，其中纳米氧化铝与镁粉的质量比为1:7～5:3，球磨速度为100～150rpm；将铝合金放入粘土坩锅内加热、熔化，在温度700～800℃时，按纳米氧化铝的加入量为铝合金熔体的0.5～2.5wt.%的量，将上述纳米氧化铝与镁粉的混合粉末加入到铝合金熔体中，加入速度为0.2～0.3g/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5～10KHz、功率1000W，之后继续超声处理5～20min，超声频率20KHz，功率800～1000W；将熔体浇入经600～650℃预热处理的坩埚内，将温度控制在700～720℃，施加超声处理，超声频率20KHz、功率600～1000W。在此超声过程中，以5～15℃/min的冷却速度使合金熔体冷却至半固态温度区间；即可获得纳米氧化铝增强铝基复合材料半固态浆料。

本发明所述的纳米氧化铝、铝及镁的颗粒尺寸优选值为纳米氧化铝30～100nm，镁粉58～75μm。

超声处理因其产生的空化、声流作用可以使颗粒均匀分布在熔体中。超声频率的不同，可以获得不同的振幅。镁的加入可以消耗纳米颗粒表面的气体层，或者直接跟氧化铝反应生成与基体材料有良好晶格关系的尖晶石，可以大大改善纳米颗粒与熔体的润湿性，有利于改善纳米颗粒在熔体中的分布，化学反应如下：2Mg + O₂=MgO，3Mg + 4Al₂O₃ = 3MgAl₂O₄ + 2Al。

本发明得到的铝基纳米复合材料组织中初生ɑ-Al相细小且分布均匀，纳米氧化铝颗粒分布均匀，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为本发明制备的半固态7075铝基纳米复合材料浆料的显微组织。

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（100nm）在无水乙醇中超声处理20min，静置、去除无水乙醇，150～200℃干燥、550℃煅烧3h。煅烧后的纳米氧化铝加入镁粉(75μm)球磨30min，其中纳米氧化铝与镁粉的质量比为1:7，球磨速度为100rpm；将A356铝合金放入坩锅内加热、熔化，在温度700℃时，按纳米氧化铝的加入量为铝合金熔体的0.5wt.%的量，将上述纳米氧化铝与镁粉的混合粉末加入到铝合金熔体中，加入速度为0.2g/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10KHz、功率1000W，之后继续超声处理5min，超声频率20KHz，功率1000W；将熔体浇入经600℃预热处理的坩埚内，将温度控制在700℃，施加超声处理，超声频率20KHz、功率600W，在此超声过程中，以5℃/min的冷却速度使合金熔体冷却至605℃；即可获得纳米氧化铝增强铝基复合材料半固态浆料。

实施例2。