[发明专利]一种磁性颗粒增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种磁性颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，采用亚微米粒度级别的Nd2Fe14B颗粒作为增强相，采用熔体直接合成法制备，即在纯铝或铝合金熔体中加入亚微米尺度的钕铁硼粉末制备。该磁性颗粒增强铝基复合材料具有高磁性、低成本、高强度、高耐磨、低热膨胀性和低残余应力的特征，是一种新型的磁性功能与结构强化材料，本发明的制备方法简单高效，值得开发推广。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，特别涉及一种颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，属于新材料制备领域。

背景技术

铝基复合材料综合了铝基体和复合相的优势，具有高强度、高模量、高耐磨、低膨胀性等综合优异的使用性能，在新材料研究中备受关注，当颗粒作为增强相时，具有各相同性好，颗粒圆整化好，弥散均匀分布，有外力作用时应力分散均匀等特征，因此对新型颗粒增强铝基复合材料的研究备受业内关注。

现有增强相种类主要有以下几种，包括(1)氧化物，如氧化铝；(2)硼化物，如TiB₂和ZrB₂；(3)金属间化合物，如Al₃Zr、Al₃Ti及其混合体Al₃(Ti_1-xZr_x)(x＝0～1)，颗粒尺寸从数微米到纳米尺度不等，目前尚待拓展和深入。

目前所选择反应物或外加颗粒时多从对基体力学性能的影响考虑，几乎所有的强化颗粒和生成产物都不会使铝合金产生新的功能，例如声、光、电、磁等性能。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明意在提供一种具有磁性的颗粒增强铝基复合材料，使铝合金同时具有高磁性和高强度，实现结构功能一体化，同时具有低成本、低能耗和高效率，并实现制备工艺的低污染和制备复合材料的高质量，满足新材料制备的内在需求，即“低成本、低污染、高效率、高质量”。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种磁性颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：向纯铝或铝合金熔体中加入亚微米尺度的钕铁硼粉末颗粒作为增强相，采用熔体直接合成法制备而成。

优选地，Nd₂Fe₁₄B粉末的加入量为纯铝或铝合金熔体质量的2.8-14％(体积分数1～5％)。

优选地，所述Nd₂Fe₁₄B颗粒经过以下预处理：Nd₂Fe₁₄B粉末在真空加热炉中在640-660℃下加热1～3h，然后加入Nd₂Fe₁₄B粉末质量分数4-6％的酒精在球磨机中球磨10-12小时，然后将球磨好的粉末在真空炉中干燥1-2h，干燥温度100-110℃，充分去除附着水，冷却后用铝箔包好待用。

优选地，纯铝或铝合金是在坩埚炉中熔化，升温到750℃时加入等质量Co和Ni，总量不超过熔体质量的3％，750℃保温10min，730～750℃精炼除气，降温到610-620℃，把用铝箔包好的Nd₂Fe₁₄B粉末加入到铝液中，使用搅拌桨搅动半固态或半凝固态熔体，搅拌过程持续8-10min，升温到640-650℃，扒除上层浮渣后浇注成铸态复合材料。

优选地，纯铝或铝合金熔体在坩埚中熔化，升温到730～750℃，分别向铝液加入等质量的Co和Ni，Co和Ni的总加入量为熔体质量的0.1～3％，保温10min。

由所述的制备方法制备的磁性颗粒增强铝基复合材料，其特征在于：复合材料晶粒尺寸150～200μm，基体抗拉强度190MPa，Nd₂Fe₁₄B相在晶内呈针棒状，增强相分布均匀。

优选地，Nd₂Fe₁₄B相为基体相的1-5vol.％。