[发明专利]一种纳米线增强铝基复合材料的原位制备方法

说明书

本发明属于纯铝以及铝合金为基体的复合材料制备领域，涉及一种一种纳米线增强铝基复合材料的原位制备方法，包括：按照摩尔比镁粉：硼粉：铝粉(或铝合金粉末)1～2:4:X(X＞10)比例配粉，将混合粉末置于球磨罐中，通入保护气氛；把得到的预制粉末在500～600MPa，保压2～4min，得到预制块；将预制块放入加热炉中烧结。本发明制备工艺简单、成本低廉，可以控制纳米线含量和尺寸，进而控制复合材料的力学性能，有较好的实际应用前景。

技术领域

本发明属于纯铝以及铝合金为基体的复合材料制备领域，涉及一种利用粉末冶金工艺原位合成大长径比MgAlB₄纳米线增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

铝是地球上含量最多的金属元素，是工业应用中仅次于钢铁的第二大类金属材料。铝具有的密度低、热稳定性好、导电导热性能好、阻尼减震性能好等特点，被广泛的应用在汽车、航空航天零部件、机械、电子等领域。但是，纯铝的强度低，难以满足实际生产及工程应用的需要。纳米线是一种具有大长径比的晶须，直径在100nm纳米以下，是一种比比普通晶须更难制备的增强体，具有高强度、高硬度和一定的韧性以及良好的机械性能等特点，被认为是一种理想的增强体。纳米线增强铝基复合材料既保留了基体铝合金材料质量轻、耐腐蚀的特点，还明显地提高了材料的力学性能和热疲劳性能，并表现出低的热膨胀系数，纳米线对铝基材料的增强效果远远超过了目前使用的各类增强剂。

目前对于纳米线增量铝基复合材料的制备工艺较少，主要包括外加法和原位法，外加法是将已制备好的增强相用一定的方法直接与基体原料混合后成型、烧结的制备工艺。这种工艺能使复合材料的力学性能得到一定程度的提升，但是由于外加法过程中容易使增强体结构发生破坏；并且与基体润湿性差，在基体中分布不均且含量较低；并且外加增强体容易和基体发生界面反应，在界面处生成界面产物，界面结合力较差。这些问题导致材料的性能提升有限，而且外加法制备工艺往往比较复杂，不利于大规模制备。原位合成法是直接在基体原料中加入合成增强体所需的原料，通过一定的方法混合后成型、烧结，在基体中原位长出增强相的制备工艺。增强体是在基体中原位生长的，能从根本上解决增强体与基体润湿差，界面反应等问题。原位法制备工艺路线简单，增强相通过原位合成，减少了增强体的预处理过程。利用冷压烧结工艺原位制备铝基复合材料为新型复合材料的制备和应用提供了新的途径。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种通过原位合成方式制备大含量大长径比MgAlB₄纳米线增强铝基复合材料的方法。该方法能够成功合成铝基复合材料，有效克服外加增强体的结构损伤、分布不均、增强体与铝基体界面结合差等缺点。并且制备工艺简单，成本低廉，所用原料来源广，能够大规模工业化制备。技术方案如下：

一种纳米线增强铝基复合材料的原位制备方法；其特征包括以下过程：

步骤一：配制复合粉末

按照镁粉：硼粉：(铝粉或铝合金粉末)的摩尔比为(1～2):4:X(X＞10)比例配制混合粉末，再加入质量百分比为1～2％的硬脂酸作为过程控制剂；

步骤二：对复合粉末进行球磨混合

在氩气保护下对混合粉末进行球磨；

步骤三：冷压预制块

将预制粉末装入钢制模具中，在500～600MPa压力下，保压2～4min，得到预制块；

步骤四：烧结成型

将预制块置于保护气氛加热炉中烧结成型，在烧结前通入Ar保护气氛，氩气通入流量为200～300ml/min，排出管内所用空气，然后在同样流量的保护气氛下以10℃/min升温到600～750℃，保温0.5～2h使纳米线有足够的时间生长，保温结束后在保护气氛下降至室温，取出预制块，得到纳米线增强铝基复合材料。