[发明专利]一种混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝基复合材料的制备领域，特别涉及一种混杂颗粒增强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因轻质高强、耐热耐磨且力学性能各向同性，在航空航天、交通运输、电子封装等领域应用广泛。传统的铝基复合材料大多通过外加法制备单一颗粒增强铝基复合材料，由于陶瓷颗粒与铝基体相容性差，分散性困难，往往对基体合金的性能提升有限；此外，外加法工艺复杂，成本较高，阻碍了铝基复合材料的推广应用。内生混杂颗粒可以改善外加工艺的不足，同时，使各种增强材料不同性质相互补充，产生混杂效应，可进一步提高材料的性能。

目前，国内外针对混杂颗粒增强铝基复合材料的研究已有较多报道。中国专利201410298505.0基于Al-KBF₄-K₂ZrF₆体系，并向铝熔体中通入N₂，制备出ZrB₂+AlN混杂颗粒增强铝基复合材料。中国专利200510028210.2则基于Al-KBF₄-K₂ZrF₆体系，同样向铝熔体中通入N₂，制备出TiB₂+AlN混杂颗粒增强铝基复合材料。中国专利200610088368.3利用超声化学加速和控制原位反应进程，制备出纳米(ZrB₂+Al₂O₃+Al₃Zr)混杂颗粒增强铝基复合材料。从产业化角度来看，以上方法仍存在以下不足：1）长时间高温。无机盐和铝液发生反应，一般要求熔体温度过热到850~900℃，反应持续30~50min，这容易导致铝液吸气、氧化、合金元素烧损等问题；2）污染环境。无机盐反应过程中释放大量烟雾和副产物，往往具有较高的腐蚀性，操作环境恶劣；3）额外投入。超声和磁场的实现，需要额外采购相关设备，使用和维护费用较高。因此，在原有熔炼设备基础上，如何高效、环保、低成本制备出铝基纳米复合材料对推动其产业化进程至关重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法。该工艺操作简单、低成本、无污染且适于大规模的工业生产。。

本发明提供的技术方案是：

一种混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法，采用步骤如下：

（1）将纳米金刚石粉、Al粉和TiO₂粉进行高能球磨，混匀后冷压成预制块；

（2）预制块进行燃烧反应，获得含TiC和Al₂O₃颗粒的中间合金；

（3）中间合金溶入铝熔体中，经机械搅拌后精炼、除气、浇注，即可获得TiC和Al₂O₃混杂颗粒增强铝基复合材料，其中Al₂O₃尺寸为0.5~1μm，TiC尺寸为100~200nm，总含量在1~3wt.%。

其中步骤（1）中预制块的成分配比为：铝粉质量百分比为50~70%，金刚石粉：TiO₂粉原子比=1:1~1:0.7，金刚石粉平均尺寸为100nm，Al粉平均尺寸在50~100μm，TiO₂粉平均尺寸在20~50μm。

其中步骤（1）中球磨工艺参数为：球料比10:1~20:1，转速400~800rpm，球磨时间12~24h；

其中步骤（1）中冷压预制块的密度为混合粉料理论密度的40~60%。

其中步骤（2）中预制块的燃烧反应在空气中进行，引燃方式为激光、钨丝或高频感应炉中的一种。

其中步骤（3）中铝为纯铝、Al-Si、Al-Cu等铸造合金或1系~7系变形铝合金，熔体温度为720~800℃。

其中步骤（3）中机械搅动选用石墨转子，转速为200~400rpm，时间5~10min，随后吹氩气精炼、除气5~10min。

本发明与目前已有的技术相比具有以下特点：1）使用纳米金刚石粉作为碳源，降低预制块引燃温度和体系放热，使得燃烧产物中TiC和Al₂O₃颗粒形状规则，尺寸均一；2）中间合金在常规熔炼温度即可溶入，工艺简单；3）亚微米Al₂O₃和纳米TiC颗粒表面纯净，在铝熔体中分散均匀，界面结合强度高。

附图说明

图1是实施例1中中间合金的扫描电镜照片。