本发明涉及铝基材料制备技术领域，尤其涉及一种高强度轻质铝基复合材料及其制备方法。
背景技术：
铝基复合材料的增强体是一些不同几何形状的金属或非金属材料。目前，其增强相已有很多，主要有颗粒增强、晶须增强、短纤维增强、连续相增强金属基复合材料。其中，陶瓷颗粒由于其原料成本低廉制备工艺简单，是研究最多的一类。碳化硅铝复合材料属于陶瓷增强金属基复合材料，以铝合金为基体，以碳化硅陶瓷颗粒作为增强相。此复合材料具有比刚度高、导热率高、膨胀系数低、密度低等诸多优势，在航空航天、高功率电子元器件散热封装、光学器件、耐磨等领域有着广泛的应用。
现有的高体分碳化硅铝复合材料多采用压力铸造的方式获得，即先采用碳化硅颗粒制备多孔陶瓷预制型，然后通过压力铸造将铝合金溶液渗入碳化硅陶瓷当中，这种方法对于制备普通强度的碳化硅铝材料没有问题，对于制备超高强度复合材料却很难完成。
综上所述，本领域缺乏能解决上述技术问题的一种高强度轻质铝基复合材料及其制备方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高强度轻质铝基复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种高强度轻质铝基复合材料，所述铝基复合材料由下述铝基复合材料由如下重量份的原料在制备而成：24～28wt％改性碳化硅、10～12wt％碳化钨、3～5wt％镧、4～6wt％钆、5～6wt％镍，2～3wt％二氧化钛、余量为铝合金基材。
优选地，所述铝基复合材料由如下重量份的原料在制备而成：28wt％改性碳化硅、12wt％碳化钨、5wt％镧、6wt％钆、6wt％镍，3wt％二氧化钛、余量为铝合金基材。
优选地，所述改性碳化硅为苯氨基碳化硅。
优选地，所述苯氨基碳化硅制备方法包括如下步骤：
(1)称取重量份为碳化硅6～8倍的强碱，所述强碱含有40～60％的氢氧化钠和40～60％的氢氧化钾，加入碳化硅于研钵中研磨至细粉并混合均匀，随后加入重量份为碳化硅130～150倍的去离子水在170～180℃下反应5～6h，冷却至室温，超声处理2～3h，然后离心除去上层清液，用蒸馏水洗涤3次至溶液呈pH中性，得到预羟基化的碳化硅；
(2)称取重量份为碳化硅5～8倍的苯胺基化合物与浓度为5～8wt％的浓硫酸溶液混合，滴加过量的浓度为30～35wt％亚硝酸钠溶液，得到重氮盐溶液；
(3)将步骤(1)中预羟基化的碳化硅分散于浓度为30～35wt％浓硫酸中，升温至130～150℃，在快速搅拌下，将步骤(2)中制得的重氮盐溶液在50～60min内滴加到上述酸性分散体中，滴加完毕后继续搅拌5～6h后，将反应溶液自然冷却至室温，过滤，并依次用水、氨溶液、无水甲醇洗涤，将洗涤后的产物在60℃真空干燥箱中干燥24h即得。
优选地，所述铝合金基材为6系铝合金基材或7系铝合金基材。
优选地，所述6系铝合金基材包括6063铝合金、6061铝合金、6082铝合金、6101铝合中的其中一种或两种以上的组合。
优选地，所述7系铝合金基材包括7005铝合金、7075铝合金、7175铝合金中的其中一种或两种以上的组合。
优选地，所述7系铝合金基材为7075铝合金。
本发明还提供一种高强度轻质铝基复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将改性碳化硅、碳化钨、二氧化钛混合，使用球磨机在惰性气体保护的条件下，以球磨转速为300～400r/min，球磨时间为2～3h处理，获得中间粉末；
(2)随后加入镧、钆、镍、铝合金基材，继续处理10～12h，过筛、干燥，获得复合粉末；
(3)将步骤(2)获得的干燥复合粉体装入模具，在压力为10～15MPa的条件下冷压，并保压5～10min，随后在温度为550～600℃、压力为40～45MPa和惰性气体条件下烧结50～60min，随后冷却，脱模得到铝基复合材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过在铝基材料中添加苯氨基碳化硅，分别使铝合金基材在延伸率、抗拉强度、屈服强度、断裂韧性等性能有较大的提升；从而使铝合金基材更能适应高强度工况环境下的应用实施。本发明原材料在国内充足，价格适宜，使其规模化生产没有太高的成本限制；同时，制备方法简单，总体生产成本不高，有利于工业的大规模生产。
具体实施方式
实施例1
按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
(1)称取重量份为碳化硅6倍的强碱，所述强碱含有40％的氢氧化钠和60％的氢氧化钾，加入碳化硅于研钵中研磨至细粉并混合均匀，随后加入重量份为碳化硅130倍的去离子水在170℃下反应6h，冷却至室温，超声处理2h，然后离心除去上层清液，用蒸馏水洗涤3次至溶液呈pH中性，得到预羟基化的碳化硅；
(2)称取重量份为碳化硅5倍的苯胺基化合物与浓度为5wt％的浓硫酸溶液混合，滴加过量的浓度为30wt％亚硝酸钠溶液，得到重氮盐溶液；
(3)将步骤(1)中预羟基化的碳化硅分散于浓度为30wt％浓硫酸中，升温至130℃，在快速搅拌下，将步骤(2)中制得的重氮盐溶液在50min内滴加到上述酸性分散体中，滴加完毕后继续搅拌6h后，将反应溶液自然冷却至室温，过滤，并依次用水、氨溶液、无水甲醇洗涤。将洗涤后的产物在60℃真空干燥箱中干燥24h即得。
(4)将改性碳化硅、碳化钨、二氧化钛混合，使用球磨机在惰性气体保护的条件下，以球磨转速为300r/min，球磨时间为3h处理，获得中间粉末；
(5)随后加入镧、钆、镍、铝合金基材，继续处理10h，过筛、干燥，获得复合粉末；
(6)将步骤(5)获得的干燥复合粉体装入模具，在压力为10MPa的条件下冷压，并保压10min，随后在温度为550℃、压力为40MPa和惰性气体条件下烧结60min，随后冷却，脱模得到铝基复合材料。
实施例2
(1)称取重量份为碳化硅8倍的强碱，所述强碱含有60％的氢氧化钠和40％的氢氧化钾，加入碳化硅于研钵中研磨至细粉并混合均匀，随后加入重量份为碳化硅150倍的去离子水在180℃下反应5h，冷却至室温，超声处理3h，然后离心除去上层清液，用蒸馏水洗涤3次至溶液呈pH中性，得到预羟基化的碳化硅；
(2)称取重量份为碳化硅8倍的苯胺基化合物与浓度为8wt％的浓硫酸溶液混合，滴加过量的浓度为35wt％亚硝酸钠溶液，得到重氮盐溶液；
(3)将步骤(1)中预羟基化的碳化硅分散于浓度为35wt％浓硫酸中，升温至150℃，在快速搅拌下，将步骤(2)中制得的重氮盐溶液在60min内滴加到上述酸性分散体中，滴加完毕后继续搅拌5h后，将反应溶液自然冷却至室温，过滤，并依次用水、氨溶液、无水甲醇洗涤，将洗涤后的产物在60℃真空干燥箱中干燥24h即得。
(4)将改性碳化硅、碳化钨、二氧化钛混合，使用球磨机在惰性气体保护的条件下，以球磨转速为400r/min，球磨时间为2h处理，获得中间粉末；
(5)随后加入镧、钆、镍、铝合金基材，继续处理12h，过筛、干燥，获得复合粉末；
(6)将步骤(5)获得的干燥复合粉体装入模具，在压力为15MPa的条件下冷压，并保压5min，随后在温度为600℃、压力为45MPa和惰性气体条件下烧结50min，随后冷却，脱模得到铝基复合材料。
实施例3
(1)称取重量份为碳化硅8倍的强碱，所述强碱含有50％的氢氧化钠和50％的氢氧化钾，加入碳化硅于研钵中研磨至细粉并混合均匀，随后加入重量份为碳化硅150倍的去离子水在180℃下反应6h，冷却至室温，超声处理3h，然后离心除去上层清液，用蒸馏水洗涤3次至溶液呈pH中性，得到预羟基化的碳化硅；
(2)称取重量份为碳化硅8倍的苯胺基化合物与浓度为8wt％的浓硫酸溶液混合，滴加过量的浓度为35wt％亚硝酸钠溶液，得到重氮盐溶液；
(3)将步骤(1)中预羟基化的碳化硅分散于浓度为35wt％浓硫酸中，升温至150℃，在快速搅拌下，将步骤(2)中制得的重氮盐溶液在60min内滴加到上述酸性分散体中，滴加完毕后继续搅拌6h后，将反应溶液自然冷却至室温，过滤，并依次用水、氨溶液、无水甲醇洗涤，将洗涤后的产物在60℃真空干燥箱中干燥24h即得。
(4)将改性碳化硅、碳化钨、二氧化钛混合，使用球磨机在惰性气体保护的条件下，以球磨转速为400r/min，球磨时间为3h处理，获得中间粉末；
(5)随后加入镧、钆、镍、铝合金基材，继续处理12h，过筛、干燥，获得复合粉末；
(6)将步骤(5)获得的干燥复合粉体装入模具，在压力为15MPa的条件下冷压，并保压10min，随后在温度为600℃、压力为45MPa和惰性气体条件下烧结60min，随后冷却，脱模得到铝基复合材料。
对比例1
(1)将碳化硅晶须、碳化钨、二氧化钛混合，使用球磨机在惰性气体保护的条件下，以球磨转速为400r/min，球磨时间为3h处理，获得中间粉末；
(2)随后加入镧、钆、镍、铝合金基材，继续处理12h，过筛、干燥，获得复合粉末；
(3)将步骤(2)获得的干燥复合粉体装入模具，在压力为15MPa的条件下冷压，并保压10min，随后在温度为600℃、压力为45MPa和惰性气体条件下烧结60min，随后冷却，脱模得到铝基复合材料
表1
实施例4材料性能测试
参照相关方法，对本实施例1～3、对比例1制备所得的铝基复合材料的延伸率、抗拉强度、屈服强度、断裂韧性进行测试并记录。具体结果如表2所示。
表2性能测试结果
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。