[发明专利]一种纳米碳化硅颗粒增强铝锌基复合材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种纳米碳化硅颗粒增强铝锌基复合材料及其制备方法。其技术方案是：所述复合材料以锌和铝为基，以镁为主要合金元素，通过加入锶、钛、硼和稀土镧等微量合金元素、以及纳米碳化硅颗粒，通过球磨法合成锌‑纳米碳化硅中间载体，然后将锌‑纳米碳化硅中间载体进行冲蚀，得到复合熔液；再将复合熔液在浇铸设备中成型和稳定化处理，得到纳米碳化硅颗粒增强铝锌基复合材料。本发明具有工艺简单和制备成本低的特点，所制备的纳米碳化硅颗粒增强铝锌基复合材料的增强体颗粒分布均匀，复合材料的塑性、韧性和耐磨性能优良，质量稳定。

主权项

1.一种纳米碳化硅颗粒增强锌铝基复合材料的制备方法，其特征在于所述纳米碳化硅颗粒增强锌铝基复合材料简称复合材料，所述复合材料的制备方法是：步骤1、复合材料的化学成分是：Al为25～40wt％，Mg为0.5～1.2wt％，Sr为0.1～0.25wt％，Ti为0.1～0.15wt％，B为0.01～0.05wt％，La为0.3～0.8wt％，Si为0.1～0.5wt％，C为0.1～0.5wt％，Zn为57～73wt％，其余为不可避免的杂质；步骤2、锌‑纳米碳化硅中间载体的合成步骤2.1、按碳化硅颗粒∶锌料中的锌颗粒的质量比为1∶2～3，将所述碳化硅颗粒和所述锌料中的锌颗粒置于真空手套箱内，混合，得到混合粉末I；再按所述混合粉末I∶磨球的质量比为1∶20～25，在氩气气氛和室温条件下将混合粉末I球磨36～48h，得球磨料I；球磨时每隔1.5～2.5h停磨一次，停磨时间为0.5h；步骤2.2、用筛孔孔径为10～13μm的筛网对所述球磨料I进行筛分，筛网上的球磨料I称为大颗粒球磨料I，筛网下的球磨料I称为小颗粒球磨料I；步骤2.3、按所述小颗粒球磨料I∶锌料中的锌颗粒的质量比为1∶2～3，将所述小颗粒球磨料I和锌料中的锌颗粒混合，得到混合粉末II；再按所述混合粉末II∶磨球的质量比为1∶20～25，在氩气气氛和室温条件下将所述混合粉末II球磨36～48h，得球磨料II；球磨时每隔1.5～2.5h停磨一次，停磨时间为0.5h；步骤2.4、按所述大颗粒球磨料I∶所述球磨料II的质量比为1∶2～4，将所述大颗粒球磨料I和所述球磨料II混合，得到混合粉末III；再按所述混合粉末III∶磨球的质量比为1∶20～25，在氩气气氛和室温条件下将混合粉末III球磨2～4h，得到球磨料III；步骤2.5、将所述球磨料III在室温和120～200MPa条件下等静压成型，得到锌‑纳米碳化硅中间载体；步骤3、锌‑纳米碳化硅中间载体的冲蚀步骤3.1、按照步骤1所述复合材料的化学成分，先将铝料加入感应熔炼炉，加热至700～850℃，保温35～50min；再于680～750℃条件下，将锌料中的锌块和剩余的锌颗粒加入感应熔炼炉，保温8～10min；然后在750～800℃和氩气气氛条件下加入镁料和锶料，保温8～15min，得到基体熔液；步骤3.2、将所述锌‑纳米碳化硅中间载体固定在搅拌杆的末端，得到固定有所述锌‑纳米碳化硅中间载体的搅拌杆；步骤3.3、在750～800℃条件下，先向所述基体熔液中添加复合料，得混合熔液；再用固定有所述锌‑纳米碳化硅中间载体的搅拌杆对所述混合熔液进行搅拌，搅拌转速为350～600rpm，搅拌时间为5～10min，搅拌时搅拌杆上固定的所述锌‑纳米碳化硅中间载体全部浸入所述基体熔液中；扒渣，得到复合熔液；所述复合料为钛料、硼料和镧料的混合物，所述复合料中：钛料为所述复合材料0.1～0.15wt％，硼料为所述复合材料0.01～0.05wt％，镧料为所述复合材料0.3～0.8wt％；步骤4、复合熔液的浇铸成型将所述复合熔液浇铸成型，得到纳米碳化硅颗粒增强锌铝基复合材料的铸件；所述浇铸成型的浇铸设备包括水箱(1)、模具底座(2)、回流池(3)、左下水箱(4)、左上水箱(5)、模具(6)、右上水箱(7)、右下水箱(8)和水泵(9)；回流池(3)与水箱(1)的进水口通过管道相连，水箱(1)的出水口通过管道与水泵(9)的进水口相连，水泵(9)的出水口通过管道与左下水箱(4)、左上水箱(5)、右上水箱(7)和右下水箱(8)分别连接，左下水箱(4)、左上水箱(5)、右上水箱(7)和右下水箱(8)的进水口处分别装有水阀；左下水箱(4)、左上水箱(5)、右上水箱(7)和右下水箱(8)结构相同，均为半圆环状水箱；左下水箱(4)和右下水箱(8)拼成外形为圆环状的下层水冷系统，左上水箱(5)和右上水箱(7)拼成外形为圆环状的上层水冷系统，上层水冷系统固定在下层水冷系统上，上层水冷系统和下层水冷系统构成水冷系统；模具(6)位于水冷系统的中心处，水冷系统的内壁均匀地设有喷水孔，模具(6)的外壁与水冷系统的内壁的间距为50～100mm，模具(6)的外壁与水冷系统内壁构成环状喷水区，环状喷水区的底部与回流池(3)通过回流口相通；水冷系统高度为模具(6)高度的0.9～0.95倍，模具(6)置于模具底座(2)上，模具底座(2)位于回流池(3)的中心位置处；水冷系统位于回流池(3)的上方；步骤5、稳定化处理将所述纳米碳化硅颗粒增强锌铝基复合材料的铸件在加热炉中于365～420℃条件下保温36～48h，水淬，再于150～180℃条件下保温3～6h，得到纳米碳化硅颗粒增强锌铝基复合材料。