專利名稱：一種高性能晶須和彌散粒子復(fù)合增強鋁基復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料，特別提供了一種高性能晶須和彌散粒子復(fù)合增強鋁基復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
普通沉淀強化鋁合金的強度在200℃以上由于沉淀強化相的迅速粗化而明顯降低。改善鋁基合金高溫性能的措施之一是在鋁基體中形成熱穩(wěn)定的彌散粒子或加入陶瓷增強相。在鋁合金中加入陶瓷晶須不僅可以明顯提高基體的強度和模量，而且可以顯著提高鋁基體的高溫蠕變性能，然而如果采用沉淀強化鋁合金作為鋁基體，由于沉淀強化相在高溫下的明顯粗化，在200℃以上，復(fù)合材料的抗拉強度急劇降低。在另一方面，由急冷凝固+粉末冶金制備的鋁-鐵-釩-硅合金由于含有高體積分數(shù)的、熱穩(wěn)定的立方相Al12(Fe，V)3Si彌散粒子而具有良好的高溫性能，其使用溫度可達350℃，被認為是一種非常有應(yīng)用前景的高溫鋁合金。因此如果采用陶瓷晶須增強鋁-鐵-釩-硅合金，就可在鋁基體中同時引入陶瓷晶須和彌散粒子，可望在提高材料強度和模量的同時，明顯改善其高溫瞬間和持久性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高性能晶須和彌散粒子復(fù)合增強鋁基復(fù)合材料及其制備方法，其具有高的室溫強度和模量及良好的高溫瞬間和持久性能，可用于各種要求高強度和高剛度、特別是高溫性能的場合。
本發(fā)明提供了一種高性能晶須和彌散粒子復(fù)合增強鋁基復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料由陶瓷晶須、Al12(Fe，V)3Si彌散粒子和鋁基體組成，陶瓷晶須的體積分數(shù)在5-40％，直徑為0.1-1.5微米、長度3-10微米，Al12(Fe，V)3Si彌散粒子的體積分數(shù)為10-40％，尺寸為50-200納米。
本發(fā)明高性能晶須和彌散粒子復(fù)合增強鋁基復(fù)合材料中，所述陶瓷晶須選自可以碳化硅、氮化硅、硼酸鋁之一種或多種。本發(fā)明還提供了上述高性能晶須和彌散粒子復(fù)合增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于過程如下——采用物理機械方法使急冷凝固的50-120微米的鋁-鐵-釩-硅合金微晶粉末和晶須均勻混合；——在400-600℃、80-200MPa壓力下真空熱壓至85-95％的密度；——熱壓錠在400-480℃以5∶1至30∶1的擠壓比擠壓成型。
本發(fā)明高性能晶須和彌散粒子復(fù)合增強鋁基復(fù)合材料的制備方法中，所述物理機械方法可以為機械攪拌法。
測試表明所獲得的陶瓷晶須(碳化硅、氮化硅、硼酸鋁)和Al12(Fe，V)3Si彌散粒子復(fù)合增強鋁基復(fù)合材料具有良好的機械性能。
本發(fā)明設(shè)計了一個全新的復(fù)合材料體系，鋁-陶瓷晶須-Al12(Fe，V)3Si，采用粉末冶金法制備出定向排列的晶須和Al12(Fe，V)3Si彌散粒子復(fù)合增強鋁基復(fù)合材料。這樣的微觀結(jié)構(gòu)符合德國學(xué)者Rsler和Bker提出的雙尺寸粒子強化的高溫材料微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計模型(Acta Materialia，vol.48，No.13(2000)3553-3567)，即高長徑比的棒狀增強相和細小等軸粒子復(fù)合強化材料將具有高的蠕變抗力。因此，有理由相信晶須和Al12(Fe，V)3Si彌散粒子復(fù)合增強鋁作為一種新型高性能復(fù)合材料會有著廣闊的應(yīng)用前景。
具體實施例方式實施例115vol.％碳化硅晶須和23vol.％ Al12(Fe，V)3Si彌散粒子復(fù)合增強鋁復(fù)合材料制造工藝將重量比為5.1∶1的Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si微晶粉末和碳化硅晶須用濕混法混合均勻，干燥后冷壓實，在10-3托真空條件下逐步加熱除氣，在600℃、100-150MPa壓力下真空熱壓至95％的密度，熱壓錠在460℃以20∶1擠壓比擠壓成型。所得材料的室溫拉伸強度為452MPa，室溫彈性模量118GPa，在300℃的拉伸強度是223MPa，在450℃、100MPa的施加應(yīng)力下其蠕變速率約為2×10-6s-1。
比較例1在相同的工藝條件下制備27vol.％的Al12(Fe，V)3Si彌散粒子強化鋁基合金，其室溫拉伸強度為359MPa，室溫彈性模量89GPa，在300℃的拉伸強度是187MPa，在450℃、100MPa的施加應(yīng)力下其蠕變速率約為5×10-4s-1。
實施例215vol.％氮化硅晶須和23vol.％ Al12(Fe，V)3Si彌散粒子復(fù)合增強鋁復(fù)合材料制造工藝將重量比為5.1∶1的Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si微晶粉末和氮化硅晶須用濕混法混合均勻，干燥后冷壓實，在10-3托真空條件下逐步加熱除氣，在600℃、100-150MPa壓力下真空熱壓至97％的密度，熱壓錠在460℃以20∶1擠壓比擠壓成型。所得材料的室溫拉伸強度為438MPa，室溫彈性模量113GPa，在300℃的拉伸強度是216MPa。
實施例3
15vol.％硼酸鋁晶須和23vol.％ Al12(Fe，V)3Si彌散粒子復(fù)合增強鋁復(fù)合材料制造工藝將重量比為5.6∶1的Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si微晶粉末和硼酸鋁晶須用濕混法混合均勻，干燥后冷壓實，在10-3托真空條件下逐步加熱除氣，在600℃、100-150MPa壓力下真空熱壓至96％的密度，熱壓錠在460℃以20∶1擠壓比擠壓成型。所得材料的室溫拉伸強度為404MPa，室溫彈性模量100GPa，在300℃的拉伸強度是205MPa，在450℃、100MPa的施加應(yīng)力下其蠕變速率約為7×10-6s-1。
實施例435vol.％硼酸鋁晶須和18vol.％ Al12(Fe，V)3Si彌散粒子復(fù)合增強鋁復(fù)合材料制造工藝將重量比為1.8∶1的Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si微晶粉末和硼酸鋁晶須用濕混法混合均勻，干燥后冷壓實，在10-3托真空條件下逐步加熱除氣，在600℃、100-150MPa壓力下真空熱壓至96％的密度，熱壓錠在500℃以25∶1擠壓比擠壓成型。
實施例55vol.％硼酸鋁晶須和26vol.％ Al12(Fe，V)3Si彌散粒子復(fù)合增強鋁復(fù)合材料制造工藝將重量比為18.8∶1的Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si微晶粉末和硼酸鋁晶須用濕混法混合均勻，干燥后冷壓實，在10-3托真空條件下逐步加熱除氣，在600℃、100-150MPa壓力下真空熱壓至96％的密度，熱壓錠在500℃以30∶1擠壓比擠壓成型。
實施例610vol.％硼酸鋁晶須和24vol.％ Al12(Fe，V)3Si彌散粒子復(fù)合增強鋁復(fù)合材料制造工藝將重量比為8.9∶1的Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si微晶粉末和硼酸鋁晶須用濕混法混合均勻，干燥后冷壓實，在10-3托真空條件下逐步加熱除氣，在600℃、100-150MPa壓力下真空熱壓至98％的密度，熱壓錠在500℃以30∶1擠壓比擠壓成型。
權(quán)利要求
1.一種高性能晶須和彌散粒子復(fù)合增強鋁基復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料由陶瓷晶須、Al12(Fe，V)3Si彌散粒子和鋁基體組成，陶瓷晶須的體積分數(shù)在5-40％，直徑為0.1-1.5微米、長度3-10微米，Al12(Fe，V)3Si彌散粒子的體積分數(shù)為10-40％，尺寸為50-200納米。
2.按照權(quán)利要求1所述高性能晶須和彌散粒子復(fù)合增強鋁基復(fù)合材料，其特征在于所述陶瓷晶須選自碳化硅、氮化硅、硼酸鋁之一種或多種。
3.一種權(quán)利要求1所述高性能晶須和彌散粒子復(fù)合增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于過程如下——采用物理機械方法使急冷凝固的50-120微米的鋁-鐵-釩-硅合金微晶粉末和晶須均勻混合；——在400-600℃、80-200MPa壓力下真空熱壓至85-95％的密度；——熱壓錠在400-480℃以5∶1至30∶1的擠壓比擠壓成型。
4.按照權(quán)利要求1所述高性能晶須和彌散粒子復(fù)合增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述物理機械方法為機械攪拌法。
全文摘要
一種高性能晶須和彌散粒子復(fù)合增強鋁基復(fù)合材料，其特征在于該合金由陶瓷晶須、Al
文檔編號C22C47/14GK1796590SQ200410100448
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者馬宗義, 畢敬 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所