[发明专利]一种多组元协同强化铝基复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种多组元协同强化铝基复合材料的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：氧化锌、滑石粉、水玻璃、去离子水、铝箔、无水乙醇、氩气、铝粉、钛粉、多壁碳纳米管、铝块、锌块、铝锂中间合金、铝铜中间合金、铝钇中间合金、铝钪中间合金、铝镁中间合金、铝锆中间合金，其组合准备用量如下：以克、毫升、立方厘米为计量单位

氧化锌：ZnO 80g±1g

滑石粉：Mg₃[Si₄O₁₀](OH)₂ 50g±1g

水玻璃：Na₂SiO₃•9H₂O 25g±1g

去离子水：H₂O 1000mL±50mL

铝箔：Al 300mm×0.5mm×300mm

无水乙醇：C₂H₅OH 3500mL±50mL

氩气：Ar 800000cm³±100cm³

铝粉：Al 90g±1g

钛粉：Ti 32g±1g

多壁碳纳米管 8g±0.1g

铝块：Al 2000g±0.1g

锌块：Zn 100g±0.1g

铝锂中间合金：Al₇₀Li₃₀ 800g±0.1g

铝铜中间合金：Al₇₀Cu₃₀ 100g±0.1g

铝钇中间合金：Al_96.7Y_3.3 100g±0.1g

铝钪中间合金：Al_96.9Sc_3.1 100g±0.1g

铝镁中间合金：Al₄₈Mg₅₂ 100g±0.1g

铝锆中间合金：Al_96.8Zr_3.2 100g±0.1g

制备方法如下：

1）配制涂覆剂

称取氧化锌80g±1g、滑石粉50g±1g、水玻璃25g±1g，量取去离子水300mL±1mL，加入混浆机中进行搅拌，搅拌转速50r/min，搅拌时间80min，搅拌后成粘稠状液体，即为涂覆剂；

2）预处理铝块、锌块、铝锂中间合金、铝铜中间合金、铝钇中间合金、铝钪中间合金、铝镁中间合金、铝锆中间合金

①用切块机将铝块、锌块、铝锂中间合金、铝铜中间合金、铝钇中间合金、铝钪中间合金、铝镁中间合金、铝锆中间合金切制成尺寸≤30mm×30mm×10mm的小块；

②用无水乙醇清洗小块，清洗后置于真空干燥箱中进行干燥，干燥温度100℃，真空度2Pa，干燥时间30min；

3）制备预制块

①称取多壁碳纳米管8g±0.1g、铝粉90g±0.1g、钛粉32g±0.1g，置于行星式球磨机的球磨罐中进行球磨，球磨转速300r/min，球磨时间5h，球磨后成混合细粉；

②将混合细粉置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中进行干燥，干燥温度200℃，真空度2Pa，干燥时间2h；

③将干燥后的混合细粉置于冷压模具中压制成长条状块体，压制压力150MPa，长条状块体即为预制块；

④用铝箔包覆预制块，包覆后置于预热炉中进行预热，预热温度200℃，预热时间30min；

4）制备TiC/Al复合材料

①将涂覆剂均匀涂覆在重力铸造模具的型腔内表面，涂覆厚度1.5mm，然后将重力铸造模具置于预热炉中进行预热，预热温度100℃，预热时间1h；

②打开真空感应熔炼炉，清理真空感应熔炼炉的熔炼坩埚内部，使其洁净；

③称取预处理后的铝块190g±0.1g，置于熔炼坩埚底部；

④关闭真空感应熔炼炉，并将其密闭，然后利用真空感应熔炼炉的真空泵抽取炉内空气，使炉内压强达到1Pa；

⑤开启真空感应熔炼炉的氩气底吹装置，向熔炼坩埚内输入氩气，氩气底吹速度200cm³/min，调整炉内压强，使炉内压强恒定在1个大气压，并由出气管阀调控；

⑥开启真空感应熔炼炉的加热器进行加热熔炼，加热温度1150℃±1℃；当熔液温度达到1150℃±1℃时，利用真空感应熔炼炉的真空加料装置向熔炼坩埚内加入用铝箔包覆的预制块，然后开启真空感应熔炼炉的双向电磁搅拌装置进行搅拌，搅拌频率30Hz，换向时间3s，搅拌时间8min；

⑦关闭加热器，当熔液温度降至700℃±1℃时，依次关闭双向电磁搅拌装置、氩气底吹装置，静置10min，准备浇铸；

⑧打开真空感应熔炼炉，除去熔炼坩埚内熔液表面熔渣，将熔液浇铸到重力铸造模具的型腔中自然成型；当重力铸造模具的温度冷却至室温时，取出铸件，即获得TiC/Al复合材料；

5）预处理TiC/Al复合材料和挤压铸造模具

①用切块机将TiC/Al复合材料切制成尺寸≤30mm×30mm×10mm的小块；

②将小块置于真空干燥箱中进行干燥，干燥温度100℃，真空度2Pa，干燥时间1h；

③将涂覆剂均匀涂覆在挤压铸造模具的型腔内表面，涂覆厚度1mm，然后将挤压铸造模具置于预热炉中进行预热，预热温度150℃，预热时间1h；

6）铝基复合材料的熔炼

①打开真空感应熔炼炉，清理真空感应熔炼炉的熔炼坩埚内部，使其洁净；

②称取预处理后的TiC/Al复合材料200g±0.1g、预处理后的铝锂中间合金500g±0.1g、预处理后的铝铜中间合金80g±0.1g、预处理后的铝钇中间合金50g±0.1g、预处理后的铝钪中间合金80g±0.1g、预处理后的铝锆中间合金40g±0.1g，置于熔炼坩埚底部；

③关闭真空感应熔炼炉，并将其密闭，然后利用真空感应熔炼炉的真空泵抽取炉内空气，使炉内压强达到1Pa；

④开启真空感应熔炼炉的氩气底吹装置，向熔炼坩埚内输入氩气，氩气底吹速度200cm³/min，调整炉内压强，使炉内压强恒定在1个大气压，并由出气管阀调控；

⑤开启真空感应熔炼炉的加热器进行加热熔炼，加热温度700℃±1℃；当熔液温度达到700℃±1℃时，利用真空感应熔炼炉的真空加料装置向熔炼坩埚内依次加入预处理后的锌块20g±0.1g、预处理后的铝镁中间合金40g±0.1g，然后开启真空感应熔炼炉的双向电磁搅拌装置进行搅拌，搅拌频率35Hz，换向时间3s，搅拌时间20min；

⑥依次关闭加热器、双向电磁搅拌装置、氩气底吹装置，静置10min，准备浇铸；

7）挤压铸造

①打开真空感应熔炼炉，除去熔炼坩埚内熔液表面熔渣，将熔液浇铸到挤压铸造模具的型腔中挤压成型，挤压压力200MPa，保压时间10s；

②顶出铸件，在空气中冷却至25℃；

8）铸件热处理

①将铸件置于真空热处理炉中进行固溶处理，固溶处理温度500℃，真空度2Pa，固溶处理时间10h，然后将铸件在560℃下恒温保温20h，随后迅速将铸件放到冷水中进行淬火处理，淬火时间20s；

②将淬火后的铸件置于恒温油浴炉中进行时效处理，时效处理温度175℃，时效处理时间22h，然后随炉冷却至25℃后取出，即获得多组元协同强化铝基复合材料；

9）清洗、检测、分析、表征

清洗多组元协同强化铝基复合材料，使其洁净；

对多组元协同强化铝基复合材料的微观组织、力学性能进行检测、分析、表征；

用光学显微镜进行金相组织分析；

用万能拉伸试验机及硬度计进行抗拉强度及硬度测试；

用扫描电镜进行断口形貌分析；

用X射线衍射仪进行XRD分析；

结论：多组元协同强化铝基复合材料的抗拉强度达485MPa，硬度达189Hv。