专利名称：一种混杂增强三维准连续网状铝基复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铝基复合材料的制备方法。
背景技术：
非连续增强铝基复合材料具有高比强度、高比模量、高导热、低热膨胀、耐磨、耐辐射等优异的综合性能，在航空、航天、空间、电子、信息、先进武器等高技术领域有巨大的应用潜力。然而非连续增强铝基复合材料未能得到广泛应用的主要原因是与传统材料相比，由于增强相均匀分布于铝基体中，导致复合材料的塑性低、韧性差。非连续增强铝基复合材料的塑性与相应未增强基体合金相比，几乎低了一个数量级。这使得非连续增强铝基复合材料作为工程构件使用非常不安全，而且二次加工比较困难，从而在生产形状较复杂的零部件时，大大增加了材料的成本。因此现有非连续增强铝基复合材料存在塑性低和韧性差 的问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有非连续增强铝基复合材料存在塑性低和韧性差的问题，而提出一种混杂增强三维准连续网状铝基复合材料的制备方法。一种混杂增强三维准连续网状铝基复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的一、球磨将粒度为50ηπΓ5 μ m的氧化锆粉和粒度为50 μ πΓ200 μ m的铝合金粉放入球磨罐中，然后在球料质量比为(1 5) : I和球磨转速为50r/min 200r/min的条件下球磨时间为lhlh，即得到混合粉末；二、冷压将混合粉末放入石墨模具中，然后在压力为2MPa IOMPa下冷压5min 20min ;三、烧结将冷压后的混合粉末连同石墨模具放入真空热压炉中热压烧结，然后抽真空至真空度为O. 001Pa 0.01Pa，再以升温速率为5°C /mirT2(TC /min从室温升温至600°C 900°C，并在真空度为O. OOlPa O. OlPa、机械压力为20MPa 60MPa和温度为600°C 900°C下烧结10mirT60min，然后随炉冷却至室温，退模后即得到混杂增强三维准连续网状铝基复合材料；步骤一中所述的粒度为50ηπΓ5 μ m的氧化锆粉与粒度为50 μ πΓ200 μ m的铝合金粉的体积比为I: (I(TlOO)。本发明优点一、本发明采用大尺寸铝合金粉和细小氧化锆粉为原料，采用低能球磨和粉末冶金相结合原位反应生成三维准连续网状分布(Al3Zr+Al203)混杂增强铝基复合材料；解决现有非连续增强铝基复合材料强度高、刚度高，但塑性低、韧性差的问题；二、本发明制备的混杂增强三维准连续网状铝基复合材料中的增强相通过原位反应制备，因而与铝基体界面结合良好，界面无反应物，且增强相热力学稳定；而且增强相呈三维准连续网状分布于铝颗粒边缘，类似骨架，起到很好的增强作用；三、本发明采用大比例的铝基体则可以提供足够的塑性和韧性，因而混杂增强三维准连续网状铝基复合材料具有既强且韧；四、本发明制备的混杂增强三维准连续网状铝基复合材料抗拉强度为180MPa 240MPa，延伸率为1°/Γ2%，与现有非连续增强铝基复合材料相比抗拉强度提高了 50% 100%，延伸率提高了100% 300%。
图I是试验一制备混杂增强三维准连续网状铝基复合材料1000倍扫的SEM图。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式是一种混杂增强三维准连续网状铝基复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的一、球磨将粒度为50ηπΓ5μπι的氧化锆粉和粒度为50 μ πΓ200 μ m的铝合金粉放入球磨罐中，然后在球料质量比为(广5) : I和球磨转速为50r/min^OOr/min的条件下球磨时间为Ihlh,即得到混合粉末；二、冷压将混合粉末放入石墨模具中，然后在压力为2MPa IOMPa下冷压5mirT20min ;三、烧结将冷压后的混合粉末连同石墨模具放入真空热压炉中热压烧结，然后抽真空至真空度为O. OOlPa^O. OlPa，再以升温速率为5°C /min^20°C /min从室温升温至600°C ^900°C，并在真空度为O. OOlPa^O. OlPa、机械压力为20MPa 60MPa和温度为600°C 900°C下烧结10mirT60min，然后随炉冷却至室温，退模后即得到混杂增强三维准连续网状铝基复合材料。本实施方式步骤一中所述的粒度为50ηπΓ5 μ m的氧化锆粉与粒度为 50 μ m 200 μ m的铝合金粉的体积比为I: (I(TlOO)。混杂增强复合材料是指两种或两种以上的基体或增强材料进行混杂所构成的复合材料。混杂增强复合材料由于各种增强相材料不同性质的相互补充,特别是由于产生混杂效应将明显提高或改善原单一增强材料的某些性能，同时也将大大降低复合材料的原料成本，有望利用其各自的优势来增强复合材料。本发明选择棒状微米Al3Zr颗粒和纳米Al2O3颗粒作为增强相混杂增强铝基复合材料，是因为Al3Zr颗粒和Al2O3颗粒都具有高熔点、高硬度、高弹性模量且密度相近;Al3Zr、Al2O3均通过反应生成，形态易控制。通常Al2O3颗粒细小，在基体中具有较高的稳定性并与基体有良好的相容性，界面结合良好。从而起到细化晶粒的作用，因而Al3Zrrp和Α1203ηρ是原位自生复合材料理想的增强相。本实施方式采用大尺寸铝合金粉和细小氧化锆粉为原料，采用低能球磨和粉末冶金相结合原位反应生成三维准连续网状分布(Al3Zr+Al203)混杂增强铝基复合材料；解决现有非连续增强铝基复合材料强度高、刚度高，但塑性低、韧性差的问题。本实施方式制备的混杂增强三维准连续网状铝基复合材料中的增强相通过原位反应制备，因而与铝基体界面结合良好，界面无反应物，且增强相热力学稳定；而且增强相呈三维准连续网状分布于铝颗粒边缘，类似骨架，起到很好的增强作用。本实施方式采用大比例的铝基体则可以提供足够的塑性和韧性，因而混杂增强三维准连续网状铝基复合材料具有既强且韧。本实施方式制备的混杂增强三维准连续网状铝基复合材料抗拉强度为抗拉强度为180MPa 240MPa，延伸率为1°/Γ2%，与现有非连续增强铝基复合材料相比抗拉强度提高了50% 100%，延伸率提高了 100% 300%。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一中将粒度为IOOnnTl μ m的氧化锆粉和粒度为60 μ πΓ 50 μ m的铝合金粉放入球磨罐中，然后在球料质量比为(I 3) : I和球磨转速为80r/min 180r/min的条件下球磨时间为2h 6h,即得到混合粉末。其他与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二之一不同点是步骤二中将混合粉末放入石墨模具中，然后在压力为3MPa 7MPa下冷压8min"l4min。其他与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同点是步骤三中将冷压后的混合粉末连同石墨模具放入真空热压炉中热压烧结，然后抽真空至真空度为O. 002Pa O. 008Pa，再以升温速率为6 V /mirTl4°C /min从室温升温至650°C 800°C，并在真空度为O. 002Pa O. 008Pa、机械压力为22MPa 40MPa和温度为650°C 800°C下烧结20mirT50min，然后随炉冷却至室温，退模后即得到混杂增强三维准连续网状铝基复合材料。其他与具体实施方式
一至三相同。采用下述试验验证本发明效果试验一一种混杂增强三维准连续网状铝基复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的一、球磨将粒度为150nnT250nm的氧化锆粉和粒度为70μπΓ90μπι的铝合金粉放入球磨罐中，然后在球料质量比为2:1和球磨转速为150r/min的条件下球磨时间为4h，即得到混合粉末；二、冷压将混合粉末放入石墨模具中，然后在压力为5MPa下冷压IOmin ;三、烧结将冷压后的混合粉末连同石墨模具放入真空热压炉中热压烧结，然后抽真空至真空度为O. 002Pa，再以升温速率为10°C /min从室温升温至700°C，并在真空度为
O.002Pa、机械压力为25MPa和温度为700°C下烧结30min，然后随炉冷却至室温，退模后即得到混杂增强三维准连续网状铝基复合材料。本试验步骤一中所述的粒度为150nnT250nm的氧化错粉与粒度为70 μ πΓ90 μ m的招合金粉的体积比为1:10,且所述粒度为70 μ πΓ90 μ m的招合金粉为粒度为70 μ πΓ90 μ m的2024铝合金粉本试验采用2024铝合金粉与氧化锆粉按照体积比10:1进行烧结，制备得到的混杂增强三维准连续网状铝基复合材料抗拉强度为200MPa，延伸率为I. 5%，与非连续增强铝基复合材料抗拉强度为120MPa，延伸率为O. 5%相比，本试验制备的混杂增强三维准连续网状铝基复合材料抗拉强度提高了 66. 67%，延伸率提高了 200%。采用扫描电子显微镜观察本试验制备的混杂增强三维准连续网状铝基复合材料，如图I所示，图I是本试验制备混杂增强三维准连续网状铝基复合材料1000倍扫的SEM图，通过图I可清晰的看出本试验制备的混杂增强三维准连续网状铝基复合材料是三维准连续网状结构。
权利要求
1.一种混杂增强三维准连续网状铝基复合材料的制备方法，其特征在于混杂增强三维准连续网状铝基复合材料的制备方法是按以下步骤完成的一、球磨将粒度为50ηπΓ5μπι的氧化锆粉和粒度为50 μ πΓ200 μ m的铝合金粉放入球磨罐中，然后在球料质量比为(1^5) : I和球磨转速为50r/min 200r/min的条件下球磨时间为lh 8h,即得到混合粉末；二、冷压将混合粉末放入石墨模具中，然后在压力为210^ 1010^下冷压5mirT20min ;三、烧结将冷压后的混合粉末连同石墨模具放入真空热压炉中热压烧结，然后抽真空至真空度为O. OOlPa^O. OlPa，再以升温速率为5°C /mirT2(TC /min从室温升温至600°C "900°C,并在真空度为O. OOlPa O. OlPa、机械压力为20MPa 60MPa和温度为600°C 900°C下烧结lOmirTeOmin，然后随炉冷却至室温，退模后即得到混杂增强三维准连续网状铝基复合材料；步骤一中所述的粒度为50ηπΓ5 μ m的氧化锆粉与粒度为50 μ πΓ200 μ m的铝合金粉的体积比为 I: (I(TlOO)。
2.根据权利要求I所述的一种混杂增强三维准连续网状铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中将粒度为IOOnnTl μ m的氧化锆粉和粒度为60 μ πΓ 50 μ m的铝合金粉放入球磨罐中，然后在球料质量比为(1 3) : I和球磨转速为80r/min"l80r/min的条件下球磨 时间为2tT6h，即得到混合粉末。
3.根据权利要求2所述的一种混杂增强三维准连续网状铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中将混合粉末放入石墨模具中，然后在压力为3MPa 7MPa下冷压8min 14min。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种混杂增强三维准连续网状铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中将冷压后的混合粉末连同石墨模具放入真空热压炉中热压烧结，然后抽真空至真空度为O. 002Pa^0. 008Pa，再以升温速率为6°C /mirTl4°C /min从室温升温至650°C 800°C，并在真空度为O. 002Pa O. 008Pa、机械压力为22MPa 40MPa和温度为6500C 800°C下烧结20mirT50min，然后随炉冷却至室温，退模后即得到混杂增强三维准连续网状招基复合材料。
全文摘要
一种混杂增强三维准连续网状铝基复合材料的制备方法，它涉及一种铝基复合材料的制备方法。本发明的目的是解决现有非连续增强铝基复合材料存在塑性低和韧性差的问题。方法一、以氧化锆粉和铝合金粉为原料低能球磨共混得到混合粉末；二、采用冷压成型技术将混合粉末放入石墨模具中冷压成型；三、在一定真空度、温度和机械加压下烧结，然后冷却至室温，退模后即得到混杂增强三维准连续网状铝基复合材料。优点抗拉强度为180MPa~240MPa，延伸率为1%~2%，与现有非连续增强铝基复合材料相比抗拉强度提高了50%~100%，延伸率提高了100%~300%。本发明主要用于制备混杂增强三维准连续网状铝基复合材料。
文档编号C22C21/00GK102776420SQ20121025940
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者卡伟, 孙守龙, 王桂松, 罗阳, 耿林 申请人:哈尔滨工业大学