料。最终制备的材料的室温力学性能和尚温力学性能分别列于表2和表3。
[0049] 实施例3 :
[0050] 将12g NiCl2 ·6Η20和20g葡萄糖溶于20ml水中，磁力搅拌使之充分溶解得到前驱 物溶液；将〇. 5g氧化石墨烯在200ml水中超声Ih形成氧化石墨烯分散液。将前驱物溶液滴 加到氧化石墨烯分散液中，并继续超声Ih使前驱物包覆到氧化石墨烯表面。将96. 5g2024 铝合金粉置于200ml水中磁力搅拌，同时缓慢滴加氧化石墨烯分散液，随后剧烈搅拌溶液， 加入Sg硼氢化钠，再进行抽滤干燥，得到纳米镍-氧化石墨烯-铝复合粉末。将纳米镍-氧 化石墨烯-铝复合粉末在钢模中冷压成直径40mm的锭坯后在600°C、N 2气氛下烧结2h。 在烧结过程中，纳米镍和铝基体反应，形成纳米Al3Ni、纳米Al 3C4以及石墨烯增强的铝基材 料。最终制备的材料的室温力学性能和高温力学性能分别列于表2和表3。
[0051] 对比实施例1 :
[0052] 将4g直径为30nm的Ti02粉末、3g碳纳米管及93g纯铝粉末进行球磨混合后，在 将粉末放入队气氛保护下的管式炉中加热到230°C反应lh，再加热到600°C保温0. 5h去除 表面残余的有机物，得到纳米氧化钛--碳纳米管-铝复合粉末。将纳米氧化钛--碳纳米 管-铝粉末在钢模中冷压成直径40mm的锭坯后在600 °C、N2气氛下烧结2h。然后将烧结坯 在550°C、N2气氛下退火6h，制得最终的复合材料，其室温力学性能和高温力学性能分别列 于表2和表3,显然由于其增强体分散性的差异，导致其综合性能较实施例1有着明显的下 降。
[0053] 表1复合材料的组成
[0055] 表2复合材料的室温力学性能
[0057] 表3复合材料的高温性能
[0058]
[0060] 本发明化学方法原位合成的金属和金属氧化物纳米粒子含量、尺寸、形貌可控；借 助纳米碳的载体作用，能够实现大量异质纳米相在铝基材料中的均匀分散，不需要进行剧 烈的塑性变形；借助外加还原剂或铝基体与金属和金属氧化物纳米粒子的反应，可以在较 温和的条件下实现纳米相的引入；使用常规化学方法和粉末冶金技术，易于进行工业化生 产。本发明所得的纳米相体积分数高、种类广泛、分布均匀，技术方案简便易行，适于大批量 制备纳米相增强耐热错基材料。
[0061] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影 响本发明的实质内容。
【主权项】
1. 一种多元纳米复合强化耐热铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 采用纳米碳作为载体，用含有金属离子的前驱物溶液对纳米碳进行表面包覆，得到 前驱物包覆纳米碳； 2) 将步骤1)获得的前驱物包覆纳米碳均匀分散于铝粉中，通过热反应处理使前驱物 包覆纳米碳中的前驱物转变成纳米氧化物，从而获得（纳米碳+纳米氧化物）/铝复合粉 末； 3) 对步骤2)获得的（纳米碳+纳米氧化物）/铝复合粉末进行反应烧结和致密化处理、 热处理，经由原位反应生成金属氧化物、碳化物、金属间化合物及剩余纳米碳的多元纳米强 化相，从而获得多元纳米复合强化耐热铝基复合材料。2. 根据权利要求1所述的一种多元纳米复合强化耐热铝基复合材料的制备方法，其 特征在于，步骤1)中，所述的纳米碳为尺寸不大于lOOnm的碳纳米相中的一种或多种，且 至少能与一种溶剂形成稳定的稀分散液，纳米碳添加总量为最终复合材料质量的〇. 01~ 5wt. % 〇3. 根据权利要求2所述的一种多元纳米复合强化耐热铝基复合材料的制备方法，其特 征在于，所述的纳米碳为纳米碳纤维、碳纳米管、石墨稀、氧化石墨稀中的一种或多种。4. 根据权利要求2所述的一种多元纳米复合强化耐热铝基复合材料的制备方法，其特 征在于，所述纳米碳添加总量为最终复合材料质量的0. 5~3wt. %。5. 根据权利要求1所述的一种多元纳米复合强化耐热铝基复合材料的制备方法，其特 征在于，步骤1)中，所述的前驱物溶液由溶剂、金属离子化合物组成，或者由溶剂、金属离 子化合物、交联剂和/或反应剂组成。6. 根据权利要求5所述的一种多元纳米复合强化耐热铝基复合材料的制备方法，其特 征在于，所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、乙二醇、甲苯、DMF、吐温中的一种或组合； 所述的金属离子化合物为Fe、Ni、Ti、Zr、Sc、Co、La、Y、Er的氧化物、氢氧化物、卤化 物、硝酸盐、硫酸盐、茂金属化合物、羰基化合物中的一种或其组合，最终生成的金属氧化物 为复合材料质量的〇. 1~20wt. % ; 所述的反应剂是使用柠檬酸、葡萄糖、草酸、酒石酸、糊精、Η)ΤΑ、乙二胺、水合肼中的一 种或组合，反应剂也可以不使用； 所述的交联剂是使用乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚吡咯 中的一种或组合，交联剂也可以不使用。7. 根据权利要求1所述的一种多元纳米复合强化耐热铝基复合材料的制备方法，其特 征在于，步骤1)中，所述的表面包覆方法为：将纳米碳加入到前驱物溶液中进行机械搅拌 或超声，然后进行抽滤、离心或蒸干。8. 根据权利要求1所述的一种多元纳米复合强化耐热铝基复合材料的制备方法，其特 征在于，步骤2)中，所述的前驱物包覆纳米碳均匀分散于铝粉中的方法为球磨、料浆共混、 表面吸附中的一种或多种；所述的铝粉为纯铝和/或铝合金粉末。9. 根据权利要求1-8任一项所述的一种多元纳米复合强化耐热铝基复合材料的制备 方法，其特征在于，步骤3)中，所述的金属氧化物、碳化物、金属间化合物的多元纳米强化 相，在某一方向上的特征尺寸不大于lOOnm;所述的多元纳米强化相的总量为整个复合材 料质量的〇· 1~20wt. %。10. 根据权利要求9所述的一种多元纳米复合强化耐热铝基复合材料的制备方法，其 特征在于，所述的多元纳米强化相的总量为整个复合材料质量的5~15wt. %。11. 根据权利要求1-8任一项所述的一种多元纳米复合强化耐热铝基复合材料的制备 方法，其特征在于，步骤3)中，所述的原位反应金属氧化物、碳化物、金属间化合物的方式 为水浴、油浴、水热、溶剂热、气氛加热中的一种或多种，反应方式根据所选的前驱物决定； 所述的由（纳米碳+纳米氧化物）/铝复合粉末原位反应生成金属氧化物时需要加入 还原剂；所述的还原剂是前驱物溶液中的反应剂，或者是溶剂、还原性气体或铝基体本身， 具体地，还原剂为柠檬酸、葡萄糖、草酸、乙二胺、水合肼、乙二醇、硼氢化钠、氢气或铝中的 一种或多种。12. 根据权利要求1-8任一项所述的一种多元纳米复合强化耐热铝基复合材料的制备 方法，其特征在于，步骤3)中，所述的致密化处理包括：冷压、冷等静压、温压、无压烧结、热 压烧结、热等静压，以及后续的挤压、锻造、镦粗、乳制工艺中的一种或多种。
【专利摘要】本发明提供一种多元纳米复合强化耐热铝基复合材料的制备方法，预先在纳米碳表面包覆金属离子前驱物，然后将纳米碳均匀分散于铝粉中并通过热处理使前驱物转化为氧化物，进而对所得复合粉末进行反应烧结和致密化处理，获得多元纳米增强铝基复合材料。纳米碳具有高比表面积，其特征尺寸远大于纳米氧化物，因而可负载适量的纳米氧化物并将其均匀引入到铝粉当中，再经由原位反应生成金属氧化物、碳化物、金属间化合物等多元纳米强化相，协同改善铝基复合材料的组织稳定性和耐热性能。本发明所述方法解决了高体积含量、多元纳米强化相的均匀引入和空间占位控制难题，从而可采用常规粉末冶金工艺制备多元纳米复合强化耐热铝基复合材料。
【IPC分类】C22C21/00, C22C1/05, C22C1/10
【公开号】CN105385871
【申请号】CN201510695569
【发明人】李志强, 陈马林, 谭占秋, 范根莲, 熊定邦, 郭强, 张荻
【申请人】上海交通大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月22日