[发明专利]一种铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种铝基复合材料的制备方法，将铝合金基体、纳米Al₂O_3P粉末、研磨体和少量过程控制剂混合后球磨，且在球磨过程中定时分批量添加过程控制剂，可以有效防止纳米增强颗粒团聚，有助于纳米增强颗粒在铝合金基体中的均匀分布，使铝基复合材料通过第二相弥散强化的性质显著。定时分批量添加过程控制剂可有效防止混合粉料在球磨过程中出现的过冷焊现象，有助于混合粉料达到冷焊与破碎的平衡状态。本发明通过长时间的球磨细化晶粒尺寸，增大晶粒间的接触面积，更有利于高强高韧性复合材料的制备。本发明制备得到的铝基复合材料晶粒细小、分布均匀，具有良好的硬度、抗拉强度、延伸率等力学性能。

技术领域

本发明属于铝基复合材料制备技术领域，涉及一种铝基复合材料的制备方法。

背景技术

由金属基体和增强体复合而成的金属基复合材料兼具金属的延展性和增强体的高硬度、高模量等特性，在交通运输、航空航天等高科技领域有着重要的用途和不可替代性。金属基复合材料是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强人工结合成的复合材料。其增强材料大多为无机非金属，如陶瓷、碳、石墨及硼等，也可以是金属丝。在结构材料方面，不但要求材料具备强度高的特点，还要求其重量轻，在航天领域尤其如此。金属基复合材料正是为满足上述要求而诞生的。与传统的金属材料相比，它具有优良的导电性和耐热性。与陶瓷材料相比，它具有高韧性和高冲击性能。这些优良的性能决定了它成为新材料中重要的一员，已经得到广泛应用。

铝基复合材料是金属基复合材料的一种，具有密度低、基体合金选择范围广、可热处理性好、制备工艺灵活等优点，成为金属基复合材料研究和发展的主流。铝基复合材料需求量大、可塑性强、环境污染小，并且具有高强度、耐磨性和耐腐蚀性等优点。因此铝基复合材料在汽车工业、电子封装、航空航天配件中等领域有着重要的应用前景。

纳米颗粒增强铝基复合材料具有比其它增强相更优异的性能，但其制备过程仍然存在一些问题影响性能的发挥。纳米增强相在铝合金基体中的弥散分布是影响铝基复合材料性能的主要原因之一，由于纳米颗粒的表面能较大，在周期长的球磨过程中更易发生粘结成块或过度冷焊的现象。因此会极大地降低球体破碎的效率，达不到理想的混合效果。

过程控制剂的作用是防止粉末团聚、加快球磨进程，提高出粉率。目前球磨过程控制剂主要分为两个体系，一是湿磨，在原料中加入酒精或油酸，该体系产生的能量较大，成型性好，但对于球磨的环境要求较为苛刻，不易进行高转速的破碎。二是干磨，即在球磨前一次性在原料中添加助磨剂，对包含活泼金属的原料来讲，若要通过延长球磨时间达到细化晶粒的目的，其冷焊现象会更加明显，因此该添加方法不适宜于时间在20小时以上球磨过程。

由上述可知，为了进一步拓展纳米颗粒增强铝基复合材料的应用，尤其是高尖端领域的应用，需要开发出一种可以适合工业化生产的制备纳米颗粒增强铝基复合材料的制备方法，在不发生冷焊的情况下通过球磨达到最大程度上细化晶粒的目的。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种铝基复合材料的制备方法。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：将铝合金基体、纳米Al₂O_3P粉末按比例混合得到混合粉料，加入占混合粉料总质量1％-2％的过程控制剂、研磨体；

(2)球磨：将步骤(1)得到的混合粉料、研磨体、过程控制剂进行球磨，球磨8-12h后加入占混合粉料总质量0.5-1.0％的过程控制剂继续球磨，之后每球磨8-12h添加占混合粉料总质量0.25％-0.5％的过程控制剂，球磨前24-36h球磨罐中的过程控制剂的量为占混合粉料总质量1.75％-3.5％，过程控制剂的添加量共占混合粉料总质量的2.25％-5.0％；