一種基于復(fù)合振動技術(shù)制備納米氧化鋁增強鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料制備領(lǐng)域，特別涉及鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半固態(tài)合金在成形過程中充型平穩(wěn)，產(chǎn)生的熱應(yīng)力低，縮孔、縮松缺陷少，凈近成形。顆粒增強鋁基復(fù)合材料具有比強度、比剛度高、高耐磨性等許多優(yōu)點。氧化鋁(Al2O3)因其具有良好的物理化學(xué)，機械及熱性能，是理想的增強相，為廣大學(xué)者所關(guān)注。微米顆?？梢愿纳苹w的屈服強度及極限抗壓強度，但使基體的延展性變差。納米顆粒能在保持較低含量下明顯提高基體的彈性模量、屈服強度、抗磨性及高溫蠕變性，因而逐漸受到重視。但是通過傳統(tǒng)的工藝制備納米復(fù)合材料存在納米顆粒易團聚、含量不高、工藝復(fù)雜、成型受限等問題，這將阻礙其進一步的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種基于復(fù)合振動技術(shù)制備納米氧化鋁顆粒增強鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料的制備方法。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0005]本發(fā)明所述的制備方法包括以下步驟。
[0006](I)將納米氧化鋁與鋁粉末混合進行球磨45?50h，其中氧化鋁與鋁粉末的質(zhì)量比為1:1?1:2，球磨速度為50?60rpm。球磨結(jié)束后，加入鎂粉末繼續(xù)球磨20?25h，其中納米氧化鋁、鋁粉末、鎂粉末的質(zhì)量比為4:4:3?4:8:3。
[0007](2)將鋁合金放入粘土坩鍋內(nèi)加熱、熔化，在溫度720?750°C保溫10?15min。
[0008](3)將步驟(2)的鋁合金熔體溫度降至半固態(tài)溫度區(qū)間，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金漿料的I?5wt.%的量，將步驟(I)所得的混后粉末以I?1.5g/min的速度加入到鋁合金漿料中，同時以300?400rpm的轉(zhuǎn)速機械攪拌鋁合金漿料，之后繼續(xù)攪拌15?20mino
[0009](4)將步驟(3)得到的漿料溫度升至680?700°C后，超聲處理5?lOmin，超聲頻率20KHz、功率1000W ;之后再將熔體溫度以5?15°C /min速度降至半固態(tài)溫度區(qū)間，并施加超聲處理，超聲頻率20KHz、功率600?1000W ;即可獲得納米氧化鋁增強鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料。
[0010]本發(fā)明人研宄發(fā)現(xiàn)機械攪拌產(chǎn)生的渦流可以很好地分散微米顆粒。微米鋁顆粒與鋁合金熔體有很好的潤濕性且在外力作用下很容易被陶瓷粒子壓入。半固態(tài)漿料的粘度比液態(tài)合金大得多，陶瓷粒在其中不易上浮或者下沉。超聲產(chǎn)生的空化、聲流有助于顆粒的分散。鎂的加入可以消耗納米顆粒表面的氣體層，或者直接跟氧化鋁反應(yīng)生成與基體材料有良好晶格關(guān)系的尖晶石，可以大大改善納米顆粒與熔體的潤濕性，有利于改善納米顆粒在熔體中的分布，化學(xué)反應(yīng)如下:2Mg + O2=MgO, 3Mg + 4A1203 = 3MgAl204 + 2A1。
[0011]本發(fā)明所述的納米氧化鋁、鋁粉末及鎂粉末的顆粒尺寸優(yōu)選納米鋁化鋁30?10nm,鋁粉末58?75 μ m，鎂粉末58?75 μ m。
[0012]本發(fā)明得到的鋁基納米復(fù)合材料組織中初生α-Al相細(xì)小且分布均勻，納米氧化鋁顆粒分布均勻，無團聚現(xiàn)象。此工藝成本低、簡單；安全可靠；操作方便。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明制備制備的半固態(tài)Α356鋁基納米復(fù)合材料漿料的顯微組織。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明將通過以下實施例作進一步說明。
[0015]實施例1。
[0016](I)將納米氧化鋁(10nm)與鋁粉末(75μπι)混合進行球磨45h，其中納米氧化鋁與鋁粉末的質(zhì)量比為1:1，球磨速度為50rpm。球磨結(jié)束后，加入鎂粉末繼續(xù)球磨20h，其中氧化鋁、鋁粉末、鎂粉末的質(zhì)量比為4:4:3。
[0017](2)將6063鋁合金放入粘土坩鍋內(nèi)加熱、熔化，在溫度720°C保溫lOmin。
[0018](3)將步驟(2)的6063鋁合金熔體溫度降至650°C，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金楽料的Iwt.%的量，將步驟(I)的混合粉末以lg/min速度加入到6063銷合金楽料中，同時引入機械攪拌到銷合金楽料中，攪拌速度為300rpm，之后繼續(xù)攪拌處理15min。
[0019](4)將步驟(3)得到的漿料溫度升至680°C，超聲處理5min，超聲頻率20KHz、功率100ff ;之后再將熔體溫度以10°C /min速度降至652°C，并施加超聲處理，超聲頻率20KHz、功率1000W ;即可獲得納米氧化鋁增強鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料。
[0020]實施例2。
[0021](I)將納米氧化鋁(10nm)與鋁粉末(75 μπι)混合進行球磨50h，其中納米氧化鋁與鋁粉末的質(zhì)量比為1:1，球磨速度為55rpm。球磨結(jié)束后，加入鎂粉繼續(xù)球磨25h，其中氧化鋁、鋁粉末、鎂粉末的質(zhì)量比為4:4:3。
[0022](2)將7075鋁合金放入粘土坩鍋內(nèi)加熱、熔化，在溫度730°C保溫15min。
[0023](3)將步驟(2)的熔體溫度降至635°C時，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金漿料的3wt.%的量，將步驟(I)的混合粉末1.5g/min加入到鋁合金漿料中，同時引入機械攪拌到鋁合金楽料中，攪拌速度為350rpm，之后繼續(xù)攪拌處理20min。
[0024](4)將步驟(3)得到的漿料溫度升至700°C，超聲處理lOmin，超聲頻率20KHz、功率1000W ;之后再將熔體溫度以5°C /min速度降至638°C，并施加超聲處理，超聲頻率20KHz、功率600W ;即可獲得納米氧化鋁增強鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料。
[0025]實施例3。
[0026](I)將納米氧化鋁(10nm)與鋁粉末(75 μπι)混合進行球磨50h，其中納米氧化鋁及鋁粉末的質(zhì)量比為1:1，球磨速度為60rpm。球磨結(jié)束后，加入鎂粉繼續(xù)球磨20h，其中氧化鋁、粉末、鎂粉末的質(zhì)量比為4:4:3。
[0027](2)將A356鋁合金放入粘土坩鍋內(nèi)加熱、熔化，在溫度720°C保溫15min。
[0028](3)將步驟(2)的熔體溫度降至605°C，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金漿料的Iwt.%的量，將步驟(I)的混合粉末lg/min加入到鋁合金漿料中，同時引入機械攪拌到鋁合金楽料中，攪拌速度為380rpm，之后繼續(xù)攪拌處理15min。
[0029](4)將步驟(3)得到的漿料溫度升至700°C，超聲處理5min，超聲頻率20KHz、功率1000W ;之后再將熔體溫度以5°C /min速度降至607°C，并施加超聲處理，超聲頻率20KHz、功率800W ;即可獲得納米氧化鋁增強鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料。
[0030]附圖1為實施例3條件下獲得的的半固態(tài)A356鋁基納米復(fù)合材料漿料的組織，圖中可見，所獲得的鋁基復(fù)合材料組織中沒有粗大的樹枝初生晶出現(xiàn)，初生α-Al相被超聲空化效應(yīng)產(chǎn)生的強大沖擊力擊碎，明顯細(xì)化。超聲空化、聲流及鎂的反應(yīng)潤濕作用使得納米氧化鋁粉末在熔體中均勻分布。
【主權(quán)項】
1.一種基于復(fù)合振動技術(shù)制備納米氧化鋁增強鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料的方法，其特征是按以下步驟: (1)將納米氧化鋁與鋁粉末混合進行球磨45?50h，其中氧化鋁與鋁粉末的質(zhì)量比為1:1?1: 2，球磨速度為50?60rpm，球磨結(jié)束后，加入鎂粉末繼續(xù)球磨20?25h，其中納米氧化鋁、鋁粉末、鎂粉末的質(zhì)量比為4:4:3?4:8:3; (2)將鋁合金放入粘土坩鍋內(nèi)加熱、熔化，在溫度720?750°C保溫10?15min； (3)將步驟(2)的鋁合金熔體溫度降至半固態(tài)溫度區(qū)間，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金漿料的I?5wt.%的量，將步驟(I)所得的混后粉末以I?1.5g/min的速度加入到鋁合金楽料中，同時以300?400rpm的轉(zhuǎn)速機械攪拌銷合金楽料，之后繼續(xù)攪拌15?20min ； (4)將步驟(3)得到的漿料溫度升至680?700°C后，超聲處理5?lOmin，超聲頻率20KHz、功率1000W ;之后再將熔體溫度以5?15°C /min速度降至半固態(tài)溫度區(qū)間，并施加超聲處理，超聲頻率20KHz、功率600?1000W ;即可獲得納米氧化鋁增強鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)合振動技術(shù)制備納米氧化鋁增強鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料的方法，其特征是所述的納米氧化鋁、鋁粉末及鎂粉末的顆粒尺寸為納米鋁化鋁30?lOOnm，鋁粉末58?75 μ m，鎂粉末58?75 μ m。
【專利摘要】一種基于復(fù)合振動技術(shù)制備納米氧化鋁增強鋁基復(fù)合材料半固態(tài)漿料的方法，將納米氧化鋁與鋁粉末按質(zhì)量比1:1～1:2混合以50～60rpm球磨45～50h，之后加入鎂粉末球磨20～25h，三者質(zhì)量比4:4:3～4:8:3；將鋁合金放入粘土坩鍋內(nèi)熔化，720～750℃保溫10～15min；將鋁合金熔體溫度降至半固態(tài)溫度區(qū)間，按納米氧化鋁為鋁合金漿料的1～5wt.%的量，將上述混后粉末以1～1.5g/min加入到鋁合金漿料中，同時300～400rpm機械攪拌，之后再攪拌15～20min；將漿料溫度升至680～700℃，20KHz、1000W超聲5～10min，之后再將熔體溫度以5～15℃/min降至半固態(tài)溫度區(qū)間， 20KHz、600～1000W超聲處理。本發(fā)明得到的鋁基納米復(fù)合材料組織中初生ɑ-Al相細(xì)小且分布均勻，納米氧化鋁顆粒分布均勻，無團聚現(xiàn)象，工藝成本低、安全可靠、操作方便。
【IPC分類】C22C1-02, C22C21-00, C22C1-10
【公開號】CN104532032
【申請?zhí)枴緾N201410812818
【發(fā)明人】閆洪, 陳小會
【申請人】南昌大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月24日