本發(fā)明涉及到一種原位生成al3fe納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，屬于金屬基復(fù)合材料制備。

背景技術(shù)：

1、鋁基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比剛度高、耐高溫、抗腐蝕、抗疲勞等優(yōu)良性能，近年來被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子、化工等領(lǐng)域；隨著鋁基復(fù)合材料的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，尤其是在航空航天領(lǐng)域和汽車領(lǐng)域得到了快速發(fā)展；其中，顆粒增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料具有重量輕、良好的抗疲勞性能和耐磨性、優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性，且對顆粒增強(qiáng)體的鋁基復(fù)合材料的首要處理比較簡單等眾多優(yōu)點(diǎn)，使得其在眾多的增強(qiáng)體材料中脫穎而出，受到大量材料研究者的探索研究。

2、在顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備中，研究結(jié)果表明，對于顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，增強(qiáng)體顆粒的尺寸和體積分?jǐn)?shù)對其力學(xué)性能影響重大；一般而言，顆粒尺寸越小，體積分?jǐn)?shù)越高，復(fù)合材料的強(qiáng)度也就越高；而當(dāng)顆粒的尺寸為納米級，且體積分?jǐn)?shù)過高時(shí)，會由于顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致增強(qiáng)體顆粒分散困難，強(qiáng)度提升有限；本發(fā)明采用納米級碳包鐵顆粒與鋁基體原位生成al3fe納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，當(dāng)增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)過高時(shí)，由于碳層的包覆使鐵顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象減弱，能均勻分散在基體中，并采用高能球磨結(jié)合真空熱壓燒結(jié)的工藝制備了致密、均勻分布的高體積分?jǐn)?shù)原位生成al3fe鋁基復(fù)合材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高體積分?jǐn)?shù)原位生成al3fe納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，該方法可以使高體積分?jǐn)?shù)的增強(qiáng)體之間的范德華力減弱，阻止增強(qiáng)體的團(tuán)聚，從而增加材料的強(qiáng)度和硬度；為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

2、一種原位生成al3fe納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟：

3、(1)將納米碳包鐵粉和純al粉球磨混合均勻得到混合粉末。

4、(2)將混合粉末進(jìn)行熱壓燒結(jié)。

5、(3)將燒結(jié)后的復(fù)合材料塊體進(jìn)行熱擠壓，冷卻后得到高體積分?jǐn)?shù)原位生成al3fe納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

6、混合粉末中納米碳包鐵粉的質(zhì)量百分比為3％～13％，余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)。

7、優(yōu)選的，本發(fā)明所述方法將納米碳包鐵粉和純al粉裝入球磨罐中，在氬氣保護(hù)下對混合粉末進(jìn)行球磨處理，球磨參數(shù)：球料比：20:1，轉(zhuǎn)速450rmp/min，球磨時(shí)間為5～10小時(shí)，球磨處理過程中加入占混合粉總質(zhì)量的1％的硬脂酸，防止球磨過程中出現(xiàn)冷焊現(xiàn)象。

8、優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(2)中熱壓燒結(jié)的條件為：在450℃～580℃下，保溫1h。

9、優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(2)中用真空熱壓燒結(jié)，其真空度<10pa。

10、優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(2)中燒結(jié)壓力為30～50mpa。

11、優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(3)中熱擠壓的擠壓溫度為600℃，擠壓比為9:1～25:1，進(jìn)一步提升復(fù)合材料的致密度，并細(xì)化晶粒。

12、本發(fā)明所有步驟中涉及到的配粉及裝粉工作均在真空手套箱中完成，防止原料發(fā)生氧化。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

14、(1)本發(fā)明所添加的納米碳包鐵增強(qiáng)體顆粒在鋁基體中團(tuán)聚減弱，分散更為均勻，所制得的鋁基復(fù)合材料的性能高于其他方法制備的材料。

15、(2)相比于鑄造法，通過粉末冶金法加入增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)不受限制，成分調(diào)整靈活，可以降低危險(xiǎn)性，且能夠有效克服增強(qiáng)相晶界偏析、分布不均勻的缺點(diǎn)，且制備的材料晶粒細(xì)化可控、微觀組織均勻。

16、(3)通過采用真空熱壓燒結(jié)工藝，燒結(jié)溫度比復(fù)合粉體熔點(diǎn)低，用較低的燒結(jié)溫度可以避免有害的界面反應(yīng)，能耗更低。

17、(4)通過采用熱擠壓工藝，采用較高的擠壓比可以進(jìn)一步提升復(fù)合材料的致密度，并細(xì)化晶粒。

18、(5)本發(fā)明所涉及的高體積分?jǐn)?shù)原位生成al3fe納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料室溫下拉伸強(qiáng)度達(dá)到473.76mpa，硬度達(dá)到175.47hv，高溫(350℃)下抗拉強(qiáng)度可達(dá)204.63mpa，具有高溫穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，耐磨損，熱膨脹系數(shù)低，導(dǎo)熱性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種原位生成al3fe納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述原位生成al3fe納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：混合粉末中納米碳包鐵粉的質(zhì)量百分比為3％～13％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述原位生成al3fe納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：將納米碳包鐵粉和純al粉裝入球磨罐中，在氬氣保護(hù)下對混合粉末進(jìn)行球磨處理，球磨參數(shù)：球料比：20:1，轉(zhuǎn)速450rmp/min，球磨時(shí)間為5～10小時(shí)，球磨處理過程中加入占混合粉總質(zhì)量的1％的硬脂酸。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述原位生成al3fe納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)中熱壓燒結(jié)的條件為：在450℃～580℃下采，保溫1h。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述原位生成al3fe納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)中用真空熱壓燒結(jié)，其真空度<10pa。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述原位生成al3fe納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)中燒結(jié)壓力為30～50mpa。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述原位生成al3fe納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：步驟(3)中熱擠壓的擠壓溫度為600℃，擠壓比為9:1～25:1。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種原位生成Al<subgt;3</subgt;Fe納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，屬于金屬基復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。包括下列步驟：(1)配制混合粉末，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)為納米碳包鐵粉：3％～13％，余量為純Al稱取混合粉末；(2)對混合粉末進(jìn)行球磨處理，將混合粉末裝入球磨罐中，在氬氣環(huán)境下對混合粉末進(jìn)行球磨處理；(3)燒結(jié)成型；(4)將燒結(jié)后的復(fù)合材料塊體進(jìn)行熱擠壓；本發(fā)明所述高體積分?jǐn)?shù)原位生成Al<subgt;3</subgt;Fe納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料室溫下拉伸強(qiáng)度達(dá)到473.76MPa，硬度達(dá)到175.47HV，高溫下抗拉強(qiáng)度可達(dá)204.63MPa，具有強(qiáng)度高，耐磨損，熱膨脹系數(shù)低，導(dǎo)熱性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：徐尊嚴(yán),潘薛帆,李才巨,付麗,劉力源,易健宏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9