本发明属于金属合金材料铸造领域，涉及一种颗粒增强铝合金，具体为一种高体积分数颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。
背景技术：
：为了充分开发和利用颗粒增强金属基复合材料的潜在性能，正确地进行材料设计，首先应该了解材料的破坏机制及其影响因素。复合材料的强度和破坏与组分、界面及其随机缺陷密切相关，并且尚无确切的力学模型和相应的规律，具体地匹配、工艺、界面和基体都会影响复合材料的宏观强度性能；界面剥离(脱粘)、基体破坏等这些局部损伤都极有可能导致复合材料结构过早生效。目前主要研究的颗粒增强金属基复合材料中的颗粒体积分数都是在30％以下，而随着材料制备工艺的完善和发展，使得高颗粒体积分数金属基复合材料的成本降低、材料质量提高。目前高体积分数金属基复合材料在航空航天和军工等领域中得到广泛的应用，而目前对高体积分数金属基复合材料的研究却几乎是刚刚起步。这样更加迫切的需要对高体积分数颗粒增强金属基复合材料力学性能的研究。由于颗粒体积分数的不同，颗粒增强粒子大小的选择由复合材料的制造工艺、基体金属的种类和成分、成本及保证颗粒与基体有适当的物理和化学相容性等因素所决定。但是，关于颗粒尺寸对性能的影响还缺乏系统的研究，尺寸的选择还比较盲目。通过调整所加入增强粒子的各种参数可以对复合材料的性能进行一定的调节，如提高弹性模量和强度、改善温度蠕变性能、增加耐磨性或者调解热膨胀系数等。颗粒增强金属基复合材料在制造、加工及服役过程中，不可避免的要经过高温过程，如热处理或在高温、热循环载荷下工作。由于增强体与基体的热膨胀系数往往有较大差别，在变温过程中会产生热应变，造成相间热应力或残余应力。越来越多的研究表明，这种残余应力的大小以及分布形态对复合材料在其服役过程中的破坏力学行为有着不可忽视的影响。技术实现要素：本发明解决的技术问题是：为了克服现有技术的缺陷，获得一种高颗粒体积分数金属基复合材料，且保证材料具有良好的力学性能，本发明提供了一种高体积分数颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。技术方案：一种高体积分数颗粒增强铝基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：二氧化硅5.9～11.3wt.％、碳化硅26.2～32.5wt.％、三氧化二铝5.2～8.9wt.％、铁1.2～3.5wt.％、钛0.2～1.2wt.％、铜1.1～3.9wt.％、氧化锡0.1～0.9wt.％、氧化镧0.2～0.8wt.％、余量为铝。优选的，二氧化硅的质量分数百分比为7.8～10.7wt.％。优选的，碳化硅的质量分数百分比为28.2～30.5wt.％。优选的，三氧化二铝的质量分数百分比为6.3～8.5wt.％。优选的，铝元素与二氧化硅的质量比不超过15。优选的，铝元素与碳化硅的质量比不超过4。优选的，铝元素与铁元素的质量比大于50。一种高体积分数颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包含以下步骤：(1)将氧化锡和氧化镧加入无水乙醇中，m/v为1:10～25，置于球磨机内，分散均匀后，加入阳离子表面活性剂，超声处理1～4小时；(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于40～56℃的烘箱中，去除无水乙醇；(3)将纯铝进行熔化，待其熔化一半时加入二氧化硅和碳化硅，在690～750℃内保温30～65分钟；(4)添加三氧化二铝、铁、钛和铜后保温搅匀，在740～780℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置20～40分钟，再加入表面活性剂，在700～720℃撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；(5)对铝合金熔体进行重力铸造，得到铝合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得高体积分数颗粒增强铝基复合材料。优选的，固溶处理的温度为490～530℃，时间为5～16小时。优选的，时效处理的温度为215～260℃，时间为20～48小时。有益效果：(1)本发明所述高体积分数颗粒增强铝基复合材料中的颗粒体积分数在30％以上；(2)本发明所述复合材料具有高弹性模量和强度、良好的抗温度蠕变性能、较好的耐磨性；(3)本发明所述复合材料能够有效避免界面剥离(脱粘)、基体破坏等，从而保证复合材料的使用寿命。具体实施方式实施例1一种高体积分数颗粒增强铝基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：二氧化硅5.9wt.％、碳化硅26.2wt.％、三氧化二铝5.2wt.％、铁1.2wt.％、钛0.2wt.％、铜1.1wt.％、氧化锡0.1wt.％、氧化镧0.2wt.％、余量为铝。一种高体积分数颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包含以下步骤：(1)将氧化锡和氧化镧加入无水乙醇中，m/v为1:10，置于球磨机内，分散均匀后，加入阳离子表面活性剂，超声处理1小时；(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于40℃的烘箱中，去除无水乙醇；(3)将纯铝进行熔化，待其熔化一半时加入二氧化硅和碳化硅，在690℃内保温30分钟；(4)添加三氧化二铝、铁、钛和铜后保温搅匀，在740℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置20分钟，再加入表面活性剂，在700℃撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；(5)对铝合金熔体进行重力铸造，得到铝合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得高体积分数颗粒增强铝基复合材料。固溶处理的温度为490℃，时间为5小时。时效处理的温度为215℃，时间为20小时。实施例2一种高体积分数颗粒增强铝基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：二氧化硅7.2wt.％、碳化硅28.5wt.％、三氧化二铝6.7wt.％、铁1.8wt.％、钛0.5wt.％、铜1.8wt.％、氧化锡0.3wt.％、氧化镧0.4wt.％、余量为铝。一种高体积分数颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包含以下步骤：(1)将氧化锡和氧化镧加入无水乙醇中，m/v为1:13，置于球磨机内，分散均匀后，加入阳离子表面活性剂，超声处理2小时；(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于45℃的烘箱中，去除无水乙醇；(3)将纯铝进行熔化，待其熔化一半时加入二氧化硅和碳化硅，在712℃内保温40分钟；(4)添加三氧化二铝、铁、钛和铜后保温搅匀，在755℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置25分钟，再加入表面活性剂，在708℃撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；(5)对铝合金熔体进行重力铸造，得到铝合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得高体积分数颗粒增强铝基复合材料。固溶处理的温度为500℃，时间为8小时。时效处理的温度为225℃，时间为28小时。实施例3一种高体积分数颗粒增强铝基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：二氧化硅9.7wt.％、碳化硅30.8wt.％、三氧化二铝7.8wt.％、铁2.7wt.％、钛0.9wt.％、铜2.5wt.％、氧化锡0.6wt.％、氧化镧0.6wt.％、余量为铝。一种高体积分数颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包含以下步骤：(1)将氧化锡和氧化镧加入无水乙醇中，m/v为1:18，置于球磨机内，分散均匀后，加入阳离子表面活性剂，超声处理3小时；(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于50℃的烘箱中，去除无水乙醇；(3)将纯铝进行熔化，待其熔化一半时加入二氧化硅和碳化硅，在738℃内保温55分钟；(4)添加三氧化二铝、铁、钛和铜后保温搅匀，在760℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置32分钟，再加入表面活性剂，在715℃撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；(5)对铝合金熔体进行重力铸造，得到铝合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得高体积分数颗粒增强铝基复合材料。固溶处理的温度为515℃，时间为12小时。时效处理的温度为240℃，时间为36小时。实施例4一种高体积分数颗粒增强铝基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：二氧化硅11.3wt.％、碳化硅32.5wt.％、三氧化二铝8.9wt.％、铁3.5wt.％、钛1.2wt.％、铜3.9wt.％、氧化锡0.9wt.％、氧化镧0.8wt.％、余量为铝。一种高体积分数颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包含以下步骤：(1)将氧化锡和氧化镧加入无水乙醇中，m/v为1:25，置于球磨机内，分散均匀后，加入阳离子表面活性剂，超声处理4小时；(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于56℃的烘箱中，去除无水乙醇；(3)将纯铝进行熔化，待其熔化一半时加入二氧化硅和碳化硅，在750℃内保温65分钟；(4)添加三氧化二铝、铁、钛和铜后保温搅匀，在780℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置40分钟，再加入表面活性剂，在720℃撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；(5)对铝合金熔体进行重力铸造，得到铝合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得高体积分数颗粒增强铝基复合材料。固溶处理的温度为530℃，时间为16小时。时效处理的温度为260℃，时间为48小时。对实施例1～4制备获得的高体积分数颗粒增强铝基复合材料进行性能测试，结果如下表所示：实施例1实施例2实施例3实施例4弹性模量/gpa498590610600密度/g·cm-33.963.893.923.90局部应变率/s4500502051305080当前第1页12