[发明专利]一种高压原位自生Al2

说明书

本发明公开了一种高压原位自生Al₂O₃颗粒增强Al基复合材料的制备方法，所述方法是将Al粉、Si粉、Fe₂O₃粉末按比例配比并通过球磨机将其均匀混合，之后在GPa级高压条件下烧结，得到原位自生Al₂O₃颗粒增强Al基复合材料。本发明在GPa级高压条件下利用氧化物Fe₂O₃与Al原位反应，消除原位反应易产生的有害物并使Al基复合材料中基体合金元素固溶度增大。固溶度增大能提高材料力学性能。该方法工序简单，效率高，适合大面积生产。

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种高压原位自生Al₂O₃颗粒增强Al基复合材料的制备方法。

背景技术

随着汽车发动机功率和转速的不断提升，活塞所承受的热负荷和机械负荷越来越高，普通铝合金使用性能已提高到极限水平，因此需要更佳的力学性能和耐热性能的材料，来提高活塞的使用寿命，保证其在服役过程中的可靠性。原位合成制备Al₂O₃颗粒增强Al基复合材料具有低密度、高强度、良好的耐热性、良好的疲劳强度等优点，这些优异的性能使得Al基复合材料不仅广泛的应用在缸体、刹车摩擦件、活塞等汽车零部件上而且在航空航天、船舶制造，军工业上有了一席之地。

目前，Al₂O₃颗粒增强Al基复合材料的方法按照颗粒加入的方式分为外加法和原位自生法，相比外加法，原位自生法的增强相在化学反应中生成且分布均匀，克服了增强相对表面污染，增强相与基体间界面反应等问题，对材料的性能有显著提升；原位自生法工序简单，成本较低，因而原位自生法成为近年来发展迅速的复合材料制备方法。但原位自生反应过程中会产生有害物质影响铝基复合材料的性能，如大幅降低复合材料的强度或降低材料的疲劳性等，为此需要改善复合材料制备方法。

近年来随着高压技术不断地发展，高压已在材料科学中得到广泛的应用。压力是影响凝固组织的重要参数之一，高压条件下制备Al基复合材料具有良好的研究前景，与常压相比，高压制备的Al基复合材料组织得到细化，力学性能更好，合金元素固溶度提高，有利于后续热处理工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，并提供一种高压原位自生Al₂O₃颗粒增强Al基复合材料的制备方法。本发明通过一种高效率的高压调控原位自生的制备方法来消除原位自生反应过程中易产生有害化合物的问题，以便获得高力学性能的Al基复合材料。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种高压原位自生Al₂O₃颗粒增强Al基复合材料的制备方法包括以下步骤：

1)称取Al粉、Si粉和Fe₂O₃粉并混合得到混合粉末；

2)将步骤1)所得的混合粉末、研磨球及乙二醇放入球磨机中混粉；混粉完成后使用筛网将研磨球筛出，并得到混合液；

3)将步骤2)所得的混合液放入旋转蒸发仪内旋蒸，并得到块状粉体；

4)使用玛瑙石研磨钵将步骤3)所得的块状粉体研磨成均匀粉料；

5)将步骤4)所得的均匀粉料放入冷压模具，并使用液压机压坯得到素坯；

6)将步骤5)所得到的素坯包裹于氮化硼陶瓷内，然后放入叶腊石模具中；再使用六面顶液压机对叶腊石磨具加压至3-5GPa，然后在1000-1200℃温度下烧结；之后保温，然后随炉冷却，最终得到Al₂O₃颗粒增强Al基复合材料。