[发明专利]一种制备纳米颗粒增强铝基复合材料的方法

摘要

本发明公开一种制备纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的方法。首先将纳米陶瓷粉、微米级铝或铝合金粉混合粉末在真空或氩气保护下，通过干式高能球磨制备出纳米陶瓷颗粒体积分数为10～50％的毫米级复合颗粒。然后将毫米级复合颗粒直接熔化或者添加到铝或铝合金熔体中，并施加超声振动，促进纳米陶瓷颗粒在金属熔体中的均匀分散，制备出纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料。本发明中干磨法制得的毫米级复合颗粒可以很容易地完全加入到金属熔体中，解决了纳米陶瓷颗粒与基体金属的润湿性差、难以加入的难题，同时发挥了铸造法制备金属基复合材料的低成本优势。制备的复合材料中纳米颗粒分布均匀，材料性能高。

主权项

一种制备纳米颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于，该方法首先将纳米陶瓷粉、微米级铝或铝合金粉混合粉末在真空或氩气保护下，通过干式高能球磨制备出纳米陶瓷颗粒体积分数为10～50％的毫米级复合颗粒；然后将复合颗粒直接熔化或者添加到铝或铝合金熔体中，并施加超声振动，促进纳米颗粒的均匀分散；最后将复合材料熔体压铸或挤压铸造成形，制得纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料零部件；该方法的具体实现步骤如下：(1)将纳米陶瓷粉、铝或铝合金粉按纳米陶瓷粉占粉末总体积的10～50％进行配料，其中，所述纳米陶瓷粉的粒径为20～100nm，所述铝或铝合金粉的粒径为50～200μm；(2)将磨球加入到球磨罐中，将步骤(1)中粉末混合置于球磨罐中；所述磨球包括大磨球和小磨球两种尺寸；大小磨球在金属球磨罐中的高度不低于球磨罐内腔深度的四分之一，且大磨球的数量大于等于10个，大磨球的直径为8～12mm，小磨球的直径为3～6mm；大小磨球的质量比为1：(2～10)；(3)对球磨罐进行抽真空或通氩气，以400～500r/min的转速进行干磨，得到粒径为0.1mm～2.5mm的毫米级复合颗粒，该复合颗粒表面无纳米陶瓷颗粒，具有金属光泽；复合颗粒粒径在0.1～2.5mm之间，加入熔体时表层无氧化，能顺利进入熔体内部；(4)将毫米级复合颗粒直接熔化或者通过机械搅拌法添加到铝或铝合金熔体中熔化，随后将熔体升温至660～680℃并保温2h～3h，使毫米级复合颗粒充分重熔，促进纳米陶瓷颗粒在熔体中的预分散；添加毫米级复合颗粒金属熔体温度范围为液相线以下20℃～液相线以上30℃之内；(5)对复合金属熔体进行超声处理，实现纳米陶瓷颗粒在金属熔体中的均匀分散；超声起始温度为铝或铝合金的液相线以上20～100℃，超声处理停止时复合金属熔体的温度在液相线以下10℃～液相线以上40℃范围内；(6)将复合材料熔体压铸或挤压铸造成形，制得纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料零部件。