[发明专利]轻质高强的碳化硼颗粒增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种轻质高强的碳化硼颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，按照质量百分比计，复合材料的成分为8～30％的碳化硼(B₄C)颗粒和70～92％的铝合金基体；对碳化硼颗粒表面进行镀铜处理；将固态铝合金基体进行熔融；将处理后的碳化硼颗粒加入熔融铝合金基体中机械搅拌使颗粒分散均匀；通过浇铸、热挤压、热处理得到复合材料。本发明对碳化硼颗粒表面进行镀铜处理，调控界面反应，防止碳化硼颗粒直接与熔融铝合金接触被侵蚀，进行搅拌铸造法得到复合材料，所得到的材料性能优异，制备方法简单成本低，可实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及铸造金属基复合材料领域，具体指一种轻质高强的碳化硼颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷颗粒增强铝基复合材料具有高比强度、高比刚度、高弹性模量、优异的耐磨性能、尺寸稳定性和疲劳性能良好、低密度和膨胀系数可控等优点，因此在航空航天、武器装备和汽车工业等领域具有广泛应用和研究价值。

碳化硼颗粒是一种具有许多优异性能的陶瓷材料，具有仅次于金刚石和立方氮化硼的高硬度、低密度(2.529g/cm³)、优异的高温稳定性和抗氧化性，此外碳化硼耐强酸强碱，耐磨性好，不易老化，不易被腐蚀。但碳化硼的断裂韧性低、烧结温度高，单独应用在工业上受到一定程度的限制。

碳化硼和铝合金的界面湿润性较差，二者得到的复合材料即碳化硼颗粒增强铝基复合材料保持铝合金基体轻质的特点，材料弹性模量、韧性更强，复合材料的综合性能更加优异，能够满足特殊情况下对特种材料的应用需求。对碳化硼表面镀铜使碳化硼表面金属化提高与铝合金基体的结合强度便于进行复合材料的制备。

目前，颗粒增强铝基复合材料的制备方法主要包括粉末冶金法和搅拌铸造法。其中，粉末冶金法操作繁琐，模具尺寸难以大型化，成本高，实现大型化、工业化生产有一定难度。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供轻质高强的碳化硼颗粒增强铝基复合材料的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种轻质高强的碳化硼颗粒增强铝基复合材料的制备方法，按照质量百分比计，所述复合材料的成分为8～30％的碳化硼(B₄C)颗粒和70～92％的铝合金基体；所述复合材料的制备方法包括以下步骤：对碳化硼颗粒表面进行镀铜处理；将固态铝合金基体进行熔融；将处理后的碳化硼颗粒加入熔融铝合金基体中机械搅拌使颗粒分散均匀；通过浇铸、热挤压、热处理得到轻质高强的碳化硼颗粒增强铝基复合材料。

进一步的，所述碳化硼颗粒表面的镀铜处理包括敏化、活化和化学镀。

进一步的，所述敏化使用的化学物质材料为SnCl₂，活化使用的化学物质材料为PdCl₂。

进一步的，所述化学镀使用的镀液的化学物质材料包括CuSO₄·5H₂O、EDTA、NaKC₄H₄O₆·4H₂O、CH₂O、2,2-联吡啶、K₄[Fe(CN)₆]和NaOH。

进一步的，所述化学镀采用搅拌浸镀，搅拌速度为90r/min，镀液pH值为12～13，镀覆温度为45～55℃，施镀时间为20～30min。

进一步的，所述铝合金基体进行熔融的工艺条件：熔融温度为700℃，真空度≤10Pa，升温速率为10℃/min。

进一步的，所述碳化硼颗粒加入熔融铝合金的工艺条件：700℃下将经过镀铜处理的碳化硼颗粒加入熔融铝合金充分搅拌至其完全溶解。