[发明专利]原位纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明原位纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法，涉及含非金属的有色金属合金的制造，是采用真空快淬技术和超声波振动方法制得原位纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料NdB₆/Al‑Cu‑Mn的方法，以Al‑B中间合金、纯Al和纯Nd为原料，采用真空快淬技术制得原位NdB₆/Al纳米复合材料薄带，将Al‑Cu‑Mn合金与该薄带一起置入坩埚电阻炉内进行熔炼，并借助超声波振动制备出纳米陶瓷颗粒分布均匀的原位纳米陶瓷颗粒增强铝基NdB₆/Al‑Cu‑Mn复合材料，该方法克服了现有技术中纳米陶瓷颗粒在铝基体中聚集，与铝液润湿性差，生产成本高的缺陷。

技术领域

本发明的技术方案涉及含非金属的有色金属合金的制造，具体地说是原位纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法。

背景技术

由于铝合金具有密度低、比强度高、塑性好以及良好的可加工性能，因此在汽车，航天航空以及军工等方面具有非常广泛的应用。对于铝合金而言，其主要增强机制包括：固溶强化、细晶强化、弥散强化和加工硬化。近些年以来，由于纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料具有高强度、优异的高温性能以及很好的耐磨性能而得到越来越多学者的注意。

纳米陶瓷颗粒由于比表面积比较大，表面能比较高，与铝液的润湿性比较差并且密度比铝液小，因此在铝液中很容易聚集，并且加入比较困难。因此，均匀分布的纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备对于各国科技工作者来说都是一个非常大的挑战。CN107604193A公开了运用外加纳米陶瓷颗粒和机械混料以及压射成型的方法来制备纳米颗粒增强铝基复合材料，解决了浇铸高质量分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料粘度大、流动性差、陶瓷颗粒易团聚等问题，但是这种方法不能有效解决陶瓷颗粒与铝基体润湿性差的问题，并且操作繁琐，制备成本比较高，不适合大规模工业生产。CN104451236A公开了一种纳米ZrB₂颗粒增强铝基复合材料的原位制备方法，利用熔盐反应、熔体搅拌和超声化学混合作用制备纳米ZrB₂颗粒增强铝基复合材料，这种方法会产生浮渣，容易在铝基体中产生夹杂，对产品性能造成不利的影响；CN105568035A公开了一种纳米级陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法，是将纳米级陶瓷颗粒通过转喷微注方法加入到铝合金熔体中来制备纳米级陶瓷颗粒增强铝基复合材料，这种方法容易在复合材料中产生气孔并且增强颗粒与铝基体润湿性差导致二者界面结合不好；CN104532031A公开了一种纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法，该方法中的纳米陶瓷表面容易被污染，从而影响增强颗粒与铝基体的界面结合；CN104532068A公开了纳米TiC陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，其中TiC陶瓷颗粒是采用铝粉、钛粉、石墨粉反应制备出的，该方法石墨粉容易在铝熔体表面漂浮，原料利用率低，并且增强颗粒尺寸不容易控制；CN103031463A公开了一种制备纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的装置及方法，该方法的增强颗粒是采用外加方法加入的，颗粒与基体界面结合不好，制备装置比较复杂，不适合大规模工业生产使用；CN1298877C公开了陶瓷颗粒增强铝基纳米复合材料的制造方法，该方法的制备周期比较长，生产效率低，增强颗粒表面易被污染；CN103924172B公开了一种增强铝基复合材料的制备方法，该方法是用纳米碳管与微米氧化铝颗粒联合增强铝基体复合材料的制备方法，这种方法制备成本高，制备工艺复杂；CN108441665A公开了多维振动辅助合成制备纳米颗粒增强复合材料的方法，其原料利用率底，对环境污染严重，反应生成的陶瓷颗粒含量不易控制，合成时间长，操作复杂；CN108342605A公开了一种TiC颗粒增强7085铝基复合材料的制备方法，制备工艺复杂，需要繁琐的球磨和烧结工序，增强颗粒在基体中分布尚不够均匀。

总之，上述现有技术均存在纳米陶瓷颗粒在铝基体中聚集，与铝液润湿性差，生产成本高的缺陷。

发明内容