[发明专利]一种纳米陶瓷增强金属基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料领域，具体公开了一种纳米陶瓷增强金 属基复合材料的制备方法。

背景技术

随着当今科学技术的迅速发展，采用单一材料来满足人们生产和工 作需要已经日趋困难，人们越来越多地采用复合技术制备高性能复合材 料，以致使复合材料的研制和开发成为了当前材料科学与工程中的重要 分支。

复合材料是由两种或多种性质不同的材料通过物理和化学复合，组 成具有两个或两个以上相态结构的材料。该类材料不仅性能优于组成中 的任意一个单独的材料，而且还可具有组分单独不具有的独特性能。而 陶瓷颗粒因具备高比强度、比模量、耐磨、良好的尺寸稳定性等特点， 可作为金属基复合材料中最重要的一种增强相，金属陶瓷复合材料是由 延性的金属相和脆性的陶瓷相组成的一种典型的粒子增强材料。它的出 现主要是基于二次世界大战后半期及其结束后的一段时间内，在对一种 高温、高强材料的迫切要求形势下发展起来的。金属基陶瓷颗粒增强复 合材料的显著特点是高强度、高硬度和优良的耐磨性。其在功效、可靠 性和力学性能方面比传统金属合金优越，且性能主要取决于相界面的结 合强度、晶粒尺寸等。如果通过改善陶瓷颗粒与金属熔体之间的润湿性， 使金属层完全包围陶瓷相时，陶瓷颗粒增强相的晶粒尺寸越小，复合材 料的强度越高。而且自Niihara报道经添加少量纳米颗粒到陶瓷基体中会 显著提高材料的力学性能以来，纳米陶瓷颗粒增强相复合材料引起了材 料研究者的广泛兴趣。近年来，纳米SiC颗粒增强Al基复合材料因为兼 具金属和非金属的特性，已经成为纳米复合材料的一个研究热点。

然而陶瓷增强体颗粒在基体中的分布均匀性是影响陶瓷颗粒增强 金属基复合材料力学性能的重要因素。而纳米陶瓷颗粒增强相的分散问 题，即如何将纳米增强相单元体分散在金属基体中，使之不团聚而保持 纳米尺寸的单个体，是使得金属基纳米复合材料实现充分发挥其纳米效 应必须解决的首要问题。但现今为止，还没有找到十分有效的分散方法 可以对团聚状态的纳米粉体在金属基体中进行分散。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米陶瓷增强金属基复合材料的制备方 法。本发明制得的纳米陶瓷增强金属基复合材料，纳米陶瓷颗粒在MgZn 合金晶体内部均匀分布，很大程度上提高其力学性能。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

本发明提供的一种纳米陶瓷增强金属基复合材料的制备方法，以 MgZn合金、纳米陶瓷颗粒为原料，将MgZn合金在雾化塔中熔化后， 将熔融的MgZn合金从雾化塔上中部小孔流出，同时喷入高压气体，气 体中掺杂纳米陶瓷颗粒，在气流的机械力和急冷作用下，液态的MgZn 合金被雾化，同时纳米陶瓷颗粒被雾化后的液态MgZn合金包裹，形成 液态金属包裹纳米陶瓷颗粒的球形结构，再经冷凝得到由MgZn合金包 裹纳米陶瓷颗粒的球形混合粉体，将混合粉体在气氛炉中进行烧结，完 成纳米陶瓷增强金属基复合材料的制备，其中：

(1)纳米陶瓷颗粒的体积分数为10％～40％，雾化得到的球形混合粉 体中均匀分散纳米陶瓷颗粒；

(2)烧结后，纳米陶瓷颗粒在MgZn合金的晶体内部分布均匀。

所述的纳米陶瓷颗粒为SiC或TiB₂。

上述方法制备得到的纳米陶瓷增强金属基复合材料的致密度高于 95％，且其晶粒内部均匀分布纳米陶瓷颗粒，屈服强度为700～1000MPa， 比强度为300～700KN·m/Kg，比模量为40～70MN·m/Kg。

本发明以MgZn合金、纳米陶瓷颗粒为原料，将MgZn合金在雾化 塔中熔化后，将熔融的MgZn合金从雾化塔上中部小孔流出，同时喷入 高压气体，气体中掺杂纳米陶瓷颗粒，在气流的机械力和急冷作用下， 液态的MgZn合金被雾化，同时纳米陶瓷颗粒被雾化后的液态MgZn合 金包裹，形成液态金属包裹纳米陶瓷颗粒的球形结构，再经冷凝得到由 MgZn合金包裹纳米陶瓷颗粒的球形混合粉体，将混合粉体在气氛炉中 进行烧结，完成纳米陶瓷增强金属基复合材料的制备。本发明与现有技 术相比，具有如下有益效果：

(1)通过利用纳米陶瓷颗粒(SiC，TiB₂)与MgZn合金之间良好的 润湿性，采用雾化法，实现了纳米陶瓷颗粒在熔体金属中均匀分散。