专利名称：快凝铝基纳米复合材料及工艺方法
技术领域：
本发明属于纳米复合材料及其工艺方法，特别涉及铝基纳米复合材料的合金成分以及制备此种纳米复合材料的工艺方法。
纳米合金的研究是一个非常活跃的领域，已经研制出许多具有纳米晶材料和纳米复合材料。但尚未发现有强度高、耐热性好Al-Fe基的纳米复合材料。美国Alied-Singnal公司80年代初研制了Al-Fe-V-Si合金。采用快速凝固的方法形成薄带，经过粉碎制成粉末，除气、热压成型，再经过锻造或挤压成部件。由于有体积分数为27-37％弥散颗粒，因此，此种合金有很高的热强性。然而快速凝固得到铝晶粒约200-500nm，尚未达到纳米晶(晶粒小于100nm)要求。还不属于纳米材料。
本发明的目的在于提供一种颗粒弥散铝基纳米复合材料及其工艺方法。
本发明包括Al基纳米合金材料的成分设计和制备工艺方法。本发明的合金设计成分为(at％)Fe4.0～6.5；V0.5～0.9；Si1.5～1.9；Nd(或Mn)0.3～2.0，余量为Al。
本发明的Al基纳米合金材料的制备方法是首先按合金成分设计配制成母合金，然后将母合金熔化后，在真空或大气环境下，采用单辊法快凝，直接得到颗粒弥散铝基纳米晶薄带，熔体温度为1000～1250℃，辊的转速为2000～3000转/分。将铝基纳米晶薄带制成块体颗粒弥散铝基纳米复合材料，可采用粉末法、热压成型和粘接等工艺方法。粉末法制备块体纳米复合材料是将快凝颗粒弥散铝基纳米晶薄带粉碎成粉末，然后在真空下加热除气，加热到温度为300～350℃，热压成型，然后通过锻造或挤压成颗粒弥散铝基纳米复合材料块体。热压成型法制备块体纳米复合材料是将快凝获得的颗粒弥散铝基纳米晶薄带在300～400℃温度下直接热压成块体颗粒弥散铝基纳米复合材料。粘接法制备块体纳米复合材料是将颗粒弥散铝基纳米晶薄带通过树脂或粘胶粘接固化而成，得到块体颗粒弥散铝基纳米复合材料。
下面以实施例进一步描述本发明的内容实施例1，含稀土Nd的铝基纳米复合材料及其制备方法。合金成分设计为(at％)Al92.3，Fe4.3，V0.7，Si1.7，Nd1.0。其工艺方法是依上述成分配制经真空熔炼成母合金。重新熔化后，在大气环境下，采用单辊法快凝，辊的转速为2000转/分，可直接得到颗粒弥散铝基纳米晶薄带，带厚为40μm。颗粒为Al8Fe4Nd，尺寸约20～30nm。在400℃左右温度下转变为2-Al13(FeV)3Si颗粒。带的铝晶粒尺寸小于100nm。其断裂强度为420MPa。
实施例2，含混合稀土(Mm)的铝基纳米复合材料及其制备方法。合金成分设计为(at％)Al92.3，Fe4.3，V0.7，Si1.7，Mm1.0。其工艺方法是依上述成分配制，经真空熔炼成母合金。重新熔化后，在大气环境下，采用单辊法快凝，辊的转速为3000转/分，可直接得到颗粒弥散铝基纳米晶薄带。带厚约30μm。颗粒为Al8Fe4Mm，尺寸约20～30nm。在400℃左右温度下转变为2Al13(FeV)3Si颗粒。带的铝晶粒尺寸小于100nm。断裂强度为420MPa。疲劳极限为125MPa。而同样条件下获得的Al93.3Fe4.3V0.7Si1.7合金薄带的断裂强度为210MPa，疲劳极限为50MPa。
本发明的颗粒弥散铝基纳米复合材料具有更好的力学性能、疲劳性能和热稳定性。
权利要求
1.一种含有Al、Fe、V、Si的合金材料，其特征在于该合金材料还含有稀土钕(Nd)或混合稀土(Mm)，其晶粒尺寸为纳米级。
2.如权利要求1所述的合金材料，其特征在于该合金材料的成分设计为(at％)Fe40～6.5，V0.5～0.9，Si1.5～1.9，Nd(或Mm)0.3～2.0，余量为Al。
3.一种制备铝基纳米复合材料的方法，其特征在于a.按权利要求2的成分设计制备母合金；b.熔化母合金；c.将熔化的母合金在真空(或大气)环境下用单辊法快凝，辊的转速为2000～3000转/分，熔体温度为1000～1250℃；d.将快凝得到的铝基纳米晶薄带通过粉末、热压成型、粘接等方法制成块体颗粒弥散铝基纳米复合材料。
4.如权利要求3所述的制备铝基纳米复合材料的方法，其特征在于所说的粉末法制备块体铝基纳米复合材料的方法是将快凝颗粒弥散铝基纳米晶薄带粉碎成粉末，然后在真空下加热除气，加热温度为300～350℃，再经热压成型，然后锻造或挤压成颗粒弥散铝基纳米复合材料块体。
5.如权利要求3所述的制备铝基纳米复合材料的方法，其特征在于所说的热压成型法制备块体铝基纳米复材料的方法是将快凝获得的颗粒弥散铝基纳米晶薄带在300～400℃温度下直接热压成块体颗粒弥散铝基纳米复合材料。
6.如权利要求3所述的制备铝基纳米复合材料的方法，其特征在于所说的粘接法制备块体铝基纳米复合材料的方法是将颗粒弥散铝基纳米晶薄带通过树脂或粘胶粘接固化而成颗粒弥散铝基纳米复合材料块体。
全文摘要
快凝铝基纳米复合材料及工艺方法,包括Al基纳米合金材料的成分设计和制备工艺方法。其合金成分设计为(at%):Fe:40～6.5,V:0.5～0.9,Si:1.5～1.9,Nd(或Mm):0.3～2.0,余量为Al。其工艺方法是按合金成分设计配制母合金,然后将熔化的母合金在真空或大气环境下,采用单辊法快凝,直接得到颗粒弥散铝基纳米晶薄带,再将得到的铝基纳米晶薄带通过粉末法或热压成型或粘接法制成块体材料。本发明的铝基纳米复合材料具有更好的性能。
文档编号C22C21/00GK1172860SQ96115510
公开日1998年2月11日 申请日期1996年8月6日 优先权日1996年8月6日
发明者曾梅光, 李冀, 王建强, 张宝金, 贾威 申请人:东北大学