本发明属于高性能铝合金复合材料
技术领域：
，具体涉及一种高稳定性铝合金复合材料及其制备方法。
背景技术：
：铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中得到广泛应用。随着科学技术以及工业经济的飞速发展，铝合金的需求日益增多，随着现在科学技术的不断提高，铝合金的性能也必需随之提高，才能满足人们对产品越来越高的要求，而现有的铝合金具有化学稳定性、耐高温性差的缺陷，从而限制了其在航空、航天等恶劣条件下的使用。碳硼烷，是由二十面体硼烷结构中的两个bh单元被两个等电荷的ch+单元所取代而形成的，碳硼烷有三种构型：笼状、巢状和网状，其中笼状属于封闭式，巢状和网状属于开放式，其中笼状的碳硼烷数量最多也最稳定。其中，在众多的碳硼烷分子中，二碳代-闭式-十二卡硼烷(c2b10hl2)，尤其引人注目，常简称为碳硼烷，其由两个碳原子、十个硼原子构成，具有二十面体结构。碳硼烷的笼式结构使其具有很高的热稳定性和化学稳定性，即便是700℃高温或氧化剂、强酸和碱存在下，碳硼烷的性质还是相当稳定。它的笼式结构具有类似于立体苯环一样的超芳香性，碳硼烷体系的缺电子性使相邻键离子化程度增加，稳定性增加，独特的几何形状以及硼原子核的高中子俘获截面，由于其显著的稳定性能。利用碳硼烷来增强铝合金材料，可以大大提高铝合金的化学稳定性、耐高温稳定性。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是研制出一种高稳定性铝合金复合材料，本发明所述的铝合金复合材料具有优异的化学稳定性、耐高温稳定性。本发明的技术方案为：一种高稳定性铝合金复合材料，该复合材料由二碳代-闭式-十二卡硼烷增强相和铝合金基体组成，包括15wt.％～35wt.％二碳代-闭式-十二卡硼烷和65wt.％～85wt.％铝合金。作为优选，所述高稳定性铝合金复合材料包括20wt.％～30wt.％二碳代-闭式-十二卡硼烷和70wt.％～80wt.％铝合金。作为优选，所述高稳定性铝合金复合材料包括25wt.％二碳代-闭式-十二卡硼烷和75wt.％铝合金。作为优选，所述铝合金的化学成分包括：1.0～2wt％的fe；0.3～0.5wt％的cu；0.8～1.3wt％的co；1.0～1.5wt％的be；0.5～1.0wt％的ni；0.3～0.8wt％的mo；0.3～0.5wt％的re；余量为铝。作为优选，所述铝合金的化学成分包括：1.8wt％的fe；0.8wt％的cu；1.0wt％的co；1.3wt％的be；0.6wt％的ni；0.5wt％的mo；0.3wt％的re；余量为铝。作为优选，所述稀土元素re为pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、tm和lu中的一种或多种。本发明的目的之二是提供一种高稳定性铝合金复合材料的制备方法，本发明采用如下技术方案：一种高稳定性铝合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将二碳代-闭式-十二卡硼烷粉末和铝合金各原料粉体进行烘干处理，然后放入“v”型混粉机中，在转速35r/min的条件下混合36h；(2)将步骤1制得的混合粉体放入vc高效混合机中，在转速120r/min的条件下混合60min；(3)将步骤1制得的混合粉体置于搅拌式球磨机中，充入液氮，待液氮浸没全部磨球时开始球磨，球料比为30∶1，球磨4～6小时；(4)将球磨混合均匀的复合粉末装在预先制好的石墨模具内，在等离子活化烧结炉内进行表面活化处理，加载时间3～5min、电压30kv、电流80a；然后在等离子活化烧结炉内进行等离子活化烧结，升温速率40℃/min，真空度≤10pa，烧结时施加的压力为25～30mpa，烧结温度550℃，保温时间10min；(5)将烧结后的试样在400℃条件下下保温5h，然后淬火，淬火后在100℃下保温40h，即得到所述高稳定性铝合金复合材料。作为优选，所述铝合金各原料粉体的粒度为30～35μm，所述二碳代-闭式-十二卡硼烷粉末粒径为10～20μm。本发明的有益效果(1)本发明所述的高稳定性铝合金复合材料，是利用碳硼烷来增强铝合金，所得产物的稳定性能得到了较大提升。本发明所用铝合金中添加了各种元素，可以在合金中形成高温强化相，提高合金的耐热性，可防止合金元素的氧化、烧损和吸气，提高合金的冶炼质量；碳硼烷的笼式结构使其具有很高的热稳定性和化学稳定性，即便是700℃高温或氧化剂、强酸和碱存在下，碳硼烷的性质还是相当稳定，碳硼烷的加入可以大大增强铝合金材料的热稳定性和化学稳定性。(2)本发明所述的高稳定性铝合金复合材料的制备工艺，将碳硼烷粉末和铝合金原料粉末混料，通过表面活化、等离子活化烧结，在烧结过程中，颗粒表面容易活化，通过表面扩散的物质传递得到促进，晶粒受脉冲电流加热和垂直单向压力的作用，体扩散和晶粒扩散都得到加强，加快了致密化过程，并且升温速度快，保温时间短，实现铝基复合材料的快速烧结，不仅可以节约能量、节约时间、提高设备效率，而且抑制了晶粒的长大，所得烧结样品晶粒均匀，致密度高，力学性能好。在低温下实现铝基复合材料的致密化，防止了铝基体与碳硼烷颗粒之间发生反应，再进行热处理获得纳米尺寸分布的时效析出强化相，最终使得铝基体组织处于多相细小弥散分布，以及碳硼烷颗粒强化相均匀分布状态，制备出接近全致密的高性能烧结试样。具体实施方式实施例1一种高稳定性铝合金复合材料，该复合材料由二碳代-闭式-十二卡硼烷增强相和铝合金基体组成，包括25wt.％二碳代-闭式-十二卡硼烷和75wt.％铝合金。所述铝合金的化学成分包括：1.8wt％的fe；0.8wt％的cu；1.0wt％的co；1.3wt％的be；0.6wt％的ni；0.5wt％的mo；0.3wt％的re；余量为铝。作为优选，所述稀土元素re为pm和lu。实施例2一种高稳定性铝合金复合材料，该复合材料由二碳代-闭式-十二卡硼烷增强相和铝合金基体组成，包括20wt.％二碳代-闭式-十二卡硼烷和80wt.％铝合金。作为优选，所述铝合金的化学成分包括：1.0wt％的fe；0.3wt％的cu；1.3wt％的co；1.0wt％的be；0.5wt％的ni；0.3wt％的mo；0.4wt％的re；余量为铝。所述稀土元素re为lu。实施例3一种高稳定性铝合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将二碳代-闭式-十二卡硼烷粉末和铝合金各原料粉体进行烘干处理，然后放入“v”型混粉机中，在转速35r/min的条件下混合36h；所述铝合金各原料粉体的粒度为30～35μm，所述二碳代-闭式-十二卡硼烷粉末粒径为10～20μm；(2)将步骤1制得的混合粉体放入vc高效混合机中，在转速120r/min的条件下混合60min；(3)将步骤1制得的混合粉体置于搅拌式球磨机中，充入液氮，待液氮浸没全部磨球时开始球磨，球料比为30∶1，球磨4小时；(4)将球磨混合均匀的复合粉末装在预先制好的石墨模具内，在等离子活化烧结炉内进行表面活化处理，加载时间5min、电压30kv、电流80a；然后在等离子活化烧结炉内进行等离子活化烧结，升温速率40℃/min，真空度≤10pa，烧结时施加的压力为25mpa，烧结温度550℃，保温时间10min；(5)将烧结后的试样在400℃条件下下保温5h，然后淬火，淬火后在100℃下保温40h，即得到所述高稳定性铝合金复合材料。实施例4对本发明实施例1、2所得铝合金复合材料在常温、常压下进行性能测试，与现有技术相比结果如表1所示。表1.机械性能测试结果名称实施例1实施例2现有技术屈服强度/mpa644648280拉伸强度/mpa700705322弹性模量gpa243252208硬度/hv195194120抗弯强度/mpa653650302通过表1可以看出，本发明所得铝合金复合材料与现有技术相比，在屈服强度、拉伸强度、硬度、弹性模量和抗弯强度方面都得到了明显提升，具有优异的机械性能。对本发明实施例1、2所得铝合金复合材料通过浸泡法进行耐航空煤油，耐酸，耐碱，耐溶剂性能测试，于25℃在各种介质中浸泡120h的质量增加见表2。表2.化学稳定性能测试结果将本发明实施例1、2所得铝合金复合材料在600℃下5h，然后常温测试其力学性能，测试结果如表3所示。表3.耐热稳定性能测试名称实施例1实施例2屈服强度/mpa645643拉伸强度/mpa702701弹性模量/gpa240247硬度/hv197195抗弯强度/mpa653658由表3可以看出，本发明所得铝合金复合材料在600℃下5h后其屈服强度、拉伸强度、硬度、弹性模量和抗弯强度相差不大，说明本发明所得铝合金复合材料具有优异的耐热稳定性能。当前第1页12