专利名称：硼酸镁晶须增强铝基复合材料及制备工艺的制作方法
所属领域本发明涉及一种价格低廉的晶须——硼酸镁晶须作为增强体的铝基复合材料及制备工艺，一种以硼酸镁晶须作为增强体，以铝及铝合金做为基体金属的金属基复合材料，属于新材料技术领域。
背景技术：
近年来，晶须增强铝基复合材料引起国内外科研工作者的高度重视，这是因为晶须增强铝基复合材料具有一系列优异性能。例如高比强度高比刚度低热膨胀系数高耐磨性等等，并且可以通过常规的热加工方法对其进行二次加工。因此晶须增强铝基复合材料具有十分广泛的应用前景。然而一般晶须的价格比较昂贵，使得该材料成本高，难以得到广泛的商业应用。
技术方案本发明的目的是公开一种硼酸镁晶须增强铝基复合材料及制备工艺。是以价格低廉的晶须——硼酸镁晶须作为增强体的铝基复合材料，本发明的复合材料具有高比强度高比刚度低热膨胀系数高耐磨性，并且可以通过常规的热加工方法对其进行二次加工。并且可以降低晶须增强复合材料的价格，扩大应用领域和提高市场竞争力。
本发明的成分配比为硼酸镁晶须2-50Mass％余量为铝及铝合金所述的铝合金可以是铝—硅系合金、铝—铜系合金、铝—硅—铜系合金、铝—锰系合金、铝—锌系合金等不同系列的铝合金。
本发明的制备工艺是1.硼酸镁晶须的表面化学处理首先配制3mol％的Ni(NO3)2水溶液；将硼酸镁晶须倒入蒸馏水中后，硼酸镁晶须和蒸馏水的混合物进行超声分散处理1-4小时将配制好的Ni(NO3)2水溶液倒入分散后的硼酸镁晶须和水的混合物中，Ni(NO3)2水溶液与硼酸镁晶须的重量比1∶5-1∶30，而后将氨水滴入上述混合物中，直至Ni(NO3)2与NH4OH全部反应。在滴入氨水的过程中要不断进行机械搅拌；2.挤压毛坯的制备硼酸镁晶须增强铝基复合材料的挤压毛坯制备方法，有挤压铸造法和粉末冶金法两种；2.1 挤压铸造法制备热挤压毛坯2.1.1 硼酸镁晶须预制件的成型将经过表面处理的硼酸镁晶须倒入模具中，滤掉其中的水溶液，加压压制到预定的高度；压强0.1-1Mpa，保压时间10-15min，然后脱模。
2.1.2 硼酸镁晶须预制件的烧结将模压成型后的预制件在电炉中加热到700-900℃，保温1小时，随炉冷却。
2.1.3 挤压铸造将挤压模具和硼酸镁晶须预制件预热到450-500℃，硼酸镁晶须预制件放入挤压模具中，将加热到700-800℃的液态铝合金倒入模具，加压使液态铝合金渗入到硼酸镁晶须预制件中，压强5-20Mpa，保压待液态铝合金在压力下凝固后脱模，热挤压毛坯加工完成。
2.2 粉末冶金法制备热挤压毛坯2.2.1 混粉在混粉机中经表面化学处理过的硼酸镁晶须和铝合金粉末混合均匀，混合介质用酒精，混合后将混合粉末真空烘干。真空度10-1pa，温度120℃，保温4小时。
2.2.2 压制成型利用模具冷压成型或者冷等静压将混合后的粉末压制成型，压制压强200——250Mpa。
2.2.3 封套压制后的工件，放置到铝包套抽真空1×10-1pa，，然后封焊。
2.2.4 热压将包套封焊后的工件放置到热压模具中，加热到450-520℃，热压压强100-200Mpa，保压5——15min，冷却后脱模。
3.热挤压挤压铸造或者保套热压后的毛坯经热挤压加工成棒、板、管等各种型材，热挤压温度450——500℃，挤压比1∶5-10。
被发明是一种硼酸镁晶须的基本性能为平均长度10-20μm平均直径0.2-5μm密度2.93g/cm3拉伸强度4Gpa强性模量240Gpa本发明硼酸镁晶须增强铝基材料热挤压型材的性能为抗拉强度 380-750Mpa弹性模量75--135Gpa密度2.75-2.90g/cm3延伸率 5-70％
实施方案实施例1复合材料成分(Mass％)硼酸镁晶须5％，铝及铝合金余量。
性能抗拉强度 380Mpa弹性模量 75Gpa密度 2.7g/cm3延伸率70％实施例2复合材料成分(Mass％)硼酸镁晶须10％，铝及铝合金余量。
性能抗拉强度 450Mpa弹性模具 90Gpa密度 2.72g/cm3延伸率 30％实施例3复合材料成分(Mass％)硼酸镁晶须20％，铝及铝合金余量。
性能抗拉强度 650Mpa弹性模具 110Gpa密度 2.78/cm3延伸率8％实施例4复合材料成分(Mass％)硼酸镁晶须30％，铝及铝合金余量。
性能抗拉强度 700Mpa弹性模具 125Gpa
密度 2.28g/cm3延伸率 5％实施例5复合材料成分(Mass％)硼酸镁京须40％，铝及铝合金余量。
性能抗拉强度 750Mpa弹性模具 135Gpa密度 2.85/cm3延伸率2％
权利要求
1.一种硼酸镁晶须增强铝基复合材料及制备工艺，硼酸镁晶须增强铝基复合材料的成分配比为硼酸镁晶须2-50Mass％余量为铝及铝合金；所述的铝合金可以是铝—硅系合金、铝—铜系合金、铝—硅—铜系合金、铝—锰系合金、铝—锌系合金等不同系列的铝合金。
2.如权利要求1所述的硼酸镁晶须增强铝基复合材料，其制备工艺是(1).硼酸镁晶须的表面化学处理；首先配制3mol％的Ni(NO3)2水溶液；将晶须倒入蒸馏水中后，硼酸镁晶须和蒸馏水的混合物进行超声分散处理1-4小时将配制好的Ni(NO3)2水溶液倒入分散后的硼酸镁晶须和水的混合物中，Ni(NO3)2水溶液与硼酸镁晶须的重量比1∶5-1∶30，而后将氨水滴入上述混合物中，直至Ni(NO3)2与NH4OH全部反应。在滴入氨水的过程中要不断进行机械搅拌；(2).挤压毛坯的制备硼酸镁晶须增强铝基复合材料的挤压毛坯制备方法，有挤压铸造法和粉末冶金法两种；(2.1)挤压铸造法制备热挤压毛坯(2.1.1)硼酸镁晶须预制件的成型将经过表面处理的硼酸镁晶须倒入模具中，滤掉其中的水溶液，加压压制到预定的高度；压强0.1——1Mpa，保压时间10——15min，然后脱模；(2.1.2)硼酸镁晶须预制件的烧结将模压成型后的预制件在电炉中加热到700——900℃，保温1小时，随炉冷却；(2.1.3)挤压铸造将挤压模具和硼酸镁晶须预制件预热到450-500℃，硼酸镁晶须预制件放入挤压模具中，将加热到700——800℃的液态铝合金倒入模具，加压使液态铝合金渗入到硼酸镁晶须预制件中，压强5-20Mpa，保压待液态铝合金在压力下凝固后脱模，热挤压毛坯加工完成；(2.2)粉末冶金法制备热挤压毛坯(2.2.1)混粉在混粉机中经表面化学处理过的硼酸镁晶须和铝合金粉末混合均匀，混合介质用酒精，混合后将混合粉末真空烘干。真空度10-1pa，温度120℃，保温4小时；(2.2.2)压制成型利用模具冷压成型或者冷等静压将混合后的粉末压制成型，压制压强200——250Mpa；(2.2.3)封套压制后的工件，放置到铝包套抽真空1×10-1pa，，然后封焊；(2.2.4)热压将包套封焊后的工件放置到热压模具中，加热到450-520℃，热压压强100-200Mpa，保压5-15min，冷却后脱模；(3).热挤压挤压铸造或者保套热压后的毛坯经热挤压加工成棒、板、管等各种型材，热挤压温度450-500℃，挤压比1∶5-10。
全文摘要
本发明公开一种硼酸镁晶须增强铝基复合材料及制备工艺。是以价格低廉的晶须一硼酸镁晶须作为增强体的铝基复合材料，本发明的复合材料具有高比强度高比刚度低热膨胀系数高耐磨性，并且可以通过常规的热加工方法对其进行二次加工。并且可以降低晶须增强复合材料的价格，扩大应用领域和提高市场竞争力。本发明的成分配比为硼酸镁晶须∶2－50Mass％；余量为铝及铝合金。发明的制备工艺是晶须的表面化学处理；挤压毛坯的制备；有挤压铸造法和粉末冶金法两种；挤压铸造法制备热挤压毛坯为晶须预制件的成型；晶须预制件的烧结；挤压铸造。粉末冶金法制备热挤压毛坯为混粉；压制成型；封套；热压；热挤压。
文档编号C22C49/00GK1414131SQ02132869
公开日2003年4月30日 申请日期2002年9月5日 优先权日2002年9月5日
发明者费维栋, 石钢, 李宜林, 倪树春, 王英杰, 刘力群 申请人:费维栋, 石钢, 倪树春, 王英杰, 李宜林, 刘力群