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一种原位AL2O3颗粒增强铝基复合材料制备方法.pdf

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一种 原位 AL2O3 颗粒 增强 复合材料 制备 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910047484

申请日:

20190118

公开号:

CN109518033A

公开日:

20190326

当前法律状态:

实质审查的生效

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效
IPC分类号: C22C1/10;C22C21/00;C22F1/04 主分类号: C22C1/10;C22C21/00;C22F1/04
申请人: 福州大学
发明人: 王连登;朱富斌;朱定一;张思彬
地址: 350108 福建省福州市闽侯县上街镇福州大学城学院路2号福州大学新区
优先权:
专利代理机构: 35100 代理人: 蔡学俊;林文弘
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910047484

授权公告号:

法律状态公告日:

20190419

法律状态类型:

实质审查的生效

摘要

本发明公开一种原位颗粒增强铝基复合材料的制备方法,属于复合材料技术领域,解决现有技术中增强相与铝基体润湿性差、增强相分布不均匀不纯净、偏聚现象明显、工艺繁琐复杂、成本过高等问题。本发明的颗粒增强铝基复合材料为自生颗粒增强铝基复合材料,制备方法为:采用能与Al基体发生原位反应生成颗粒增强相的粉末,用稀土化合物作为反应促进物,添加发泡剂、K2TiF6等,通过熔炼反应,精炼除气,?#36153;?#38136;造成型,T5或T6热处理提高复合材料基体强度而成。该原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料增强相分布均匀,材料综合性能优异,不需要添加额外的增强相,工艺简单。

权利要求书

1.一种原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于,具体包括如下?#34903;瑁?(1)预处理:包括反应粉末、发泡剂、K2TiF6、纯铝粉的预处理; (2)粒子混合?#21512;?#23558;预处理好的反应粉末和纯铝粉按质量比例混合均匀,再将混合粉体和稀土化合物、发泡剂、K2TiF6按质量比例混合均匀; (3)熔炼:将铝合金锭放入坩埚中加热,待铝合金完全熔化之后,扒去表面浮渣; (4)喷粉:用气体喷粉搅拌机将混合好的粉末喷入铝熔体中,待反应结束,保温一?#38382;?#38388;使成分均匀; (5)除气?#21644;?#20837;惰性气体进行除气处理; (6)?#36153;?#38136;造:将处理好的铝基复合材料进行间接?#36153;?#38136;造,减少发泡剂带入的气体,得到组织致密的铸件; (7)T5或T6热处理:将铸件进行T5或T6热处理,得到一种原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料。 2.根据权利要求1所述一种原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于,?#34903;瑁?)所述反应粉末包括CuO、AlNH4(SO4)2、Zr(CO3)2中的一种,所述发泡剂为TiH2粉。 3.根据权利要求1所述一种原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于,?#34903;瑁?)所述预处理方法为:将反应粉末放置于陶瓷碗中,放置于120℃的烘干炉中进行烘干2-4小?#24065;匀?#38500;游离水;发泡剂在电阻炉200℃下烘干2-4小?#20445;籏2TiF6在干燥箱150℃下预热1-2小?#24065;匀?#20854;水分,纯铝粉在干燥箱150℃下预热3小?#24065;匀?#20854;水分。 4.根据权利要求1所述一种原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于,?#34903;瑁?)所述反应粉末颗粒、纯铝粉、发泡剂、K2TiF6和稀土化合物按质量比1:2~10:1:1~5:2~4混合;所述稀土化合物为RE2O3,包括La2O3或Ce2O3,其中RE为稀土元素,发泡剂为TiH2粉。 5.根据权利要求1所述一种原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于,?#34903;瑁?)所述熔炼温度为780-850℃。 6.根据权利要求1所述一种原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于,?#34903;瑁?)所述保温温度为720-760℃,保温时间为60-80min。 7.根据权利要求1所述一种原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于,?#34903;瑁?)所述惰性气体为氮气或氩气。 8.根据权利要求1所述一种原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于,?#34903;瑁?)所述间接?#36153;?#38136;造的具体方法为:将模具预热至170-250℃,?#36153;?#21387;力为30-80MPa,保压时间为10-15s。 9.根据权利要求1所述一种原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于,?#34903;瑁?)所述T6热处理具体方法为:将?#36153;?#38136;件在520-530℃下保温4-5 h,水淬,然后在140-150℃±5℃下保温8-9 h;所述T5热处理具体方法为:将?#36153;?#38136;件在530℃下保温4-5 h,水淬,然后在160-180±5℃下保温3-4 h。

说明书


一种原位Al
2O
3颗粒增强铝基复合材料制备方法

技术领域


本发明属于复合材料领域,涉及一种原位Al
2O
3颗粒增强铝基复合材料的制备方法
和工艺。


背景技术


Al
2O
3颗粒增强铝基复合材料增强相颗粒小,性能优异,价格?#22303;?#19981;但能保证铝基
复合材料良好的韧性和高温性能,而且有很高的强度和弹性模量,因此常用于航天航空、电
子封装等高技术含量领域。


虽然Al
2O
3颗粒增强铝基复合材料有不错的应用价值,但该材料在制备时存在一些
问题,如外加Al
2O
3晶须与铝熔体的润湿性较差,Al
2O
3晶须颗粒较小,在铝熔体中容易发生
团聚,外加Al
2O
3晶须表面不纯净等问题,?#29616;?#24433;响材料的综合性能。


发明内容


本发明的目的在于提供一种原位Al
2O
3颗粒增强铝基复合材料的制备方法和工艺,
使得增强相(Al
2O
3晶须)在复合材料基体中原位形核、长大,表面无污染,并且分布均匀,大
大提高增强相与基体的润湿性,简化工艺流程,大幅度减小成本。


为实现上述目的,本发明采用如下技术方?#31119;?br>

一种原位Al
2O
3颗粒增强铝基复合材料的制备方法,具体包括如下?#34903;瑁?br>

(1)预处理:包括反应粉末、发泡剂、K
2TiF
6、纯铝粉的预处理;


(2)粒子混合?#21512;?#23558;预处理好的反应粉末和纯铝粉按质量比例混合均匀,再将混合粉体
和稀土化合物、发泡剂、K
2TiF
6按质量比例混合均匀;


(3)熔炼:将铝合金锭放入坩埚中加热,待铝合金完全熔化之后,扒去表面浮渣;


(4)喷粉:用气体喷粉搅拌机将混合好的粉末喷入铝熔体中,待反应结束,保温一?#38382;?br>间使成分均匀;


(5)除气?#21644;?#20837;惰性气体进行除气处理;


(6)?#36153;?#38136;造:将处理好的铝基复合材料进行间接?#36153;?#38136;造,减少发泡剂带入的气体,
得到组织致密的铸件;


(7)T5或T6热处理:将铸件进行T5或T6热处理,得到一种原位Al
2O
3颗粒增强铝基复合
材料。


?#34903;瑁?)所述反应粉末包括CuO、AlNH
4(SO4)
2、Zr(CO
3)
2中的一种,所述发泡剂为
TiH
2粉。


?#34903;瑁?)所述预处理方法为:将反应粉末放置于陶瓷碗中,放置于120℃的烘干炉
中进行烘干2-4小?#24065;匀?#38500;游离水;发泡剂在电阻炉200℃下烘干2-4小?#20445;籏
2TiF
6在干燥箱
150℃下预热1-2小?#24065;匀?#20854;水分,纯铝粉在干燥箱150℃下预热3小?#24065;匀?#20854;水分。


?#34903;瑁?)所述反应粉末颗粒、纯铝粉、发泡剂、K
2TiF
6和稀土化合物按质量比1:2~
10:1:1~5:2~4混合;所述稀土化合物为RE
2O
3,包括La
2O
3或Ce
2O
3,其中RE为稀土元素,发泡剂
为TiH
2粉。


?#34903;瑁?)所述熔炼温度为780-850℃。


?#34903;瑁?)所述保温温度为720-760℃,保温时间为60-80min。


?#34903;瑁?)所述惰性气体为氮气或氩气。


?#34903;瑁?)所述间接?#36153;?#38136;造的具体方法为:将模具预热至170-250℃,?#36153;?#21387;力为
30-80MPa,保压时间为10-15s。


?#34903;瑁?)所述T6热处理具体方法为:将?#36153;?#38136;件在520-530℃下保温4-5 h,水淬,
然后在140-150±5℃下保温8-9 h;所述T5热处理具体方法为:将?#36153;?#38136;件在530℃下保温
4-5 h,水淬,然后在160-180±5℃下保温3-4 h。


本发明的优点在于:


(1)本发明制备得到的Al
2O
3颗粒增强铝基复合材料增强相颗粒小,性能优异,价格低
廉,不但能保证铝基复合材料良好的韧性和高温性能,而且有很高的强度和弹性模量,因此
常用于航天航空、电子封装等高技术含量领域。


(2)本发明解决了现有技术中增强相与铝基体润湿性差、增强相分布不均匀不纯
净、偏聚现象明显、工艺繁琐复杂、成本过高等问题。


具体实施方式


下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征更易于被领
域技术人员理解,从而对本发明的保护?#27573;?#20316;出更为清楚的界定。


实施例1:


一种原位Al
2O
3颗粒增强铝基复合材料的制备方法和工艺,具体包括如下?#34903;瑁?br>

(1)粒子预处理:将CuO粉末放置于陶瓷碗中,放置于120℃的烘干炉中进行烘干2-4小
?#24065;匀?#38500;游离水;发泡?#31890;═iH
2粉)在电阻炉200℃下烘干2-4小?#20445;籏
2TiF
6在干燥箱150℃下
预热1-2小?#24065;匀?#20854;水分,纯铝粉在干燥箱150℃下预热3小?#24065;匀?#20854;水分。。


(2)粒子混合:CuO粉、纯铝粉、TiH
2粉、K
2TiF
6与稀土化合物Ce
2O
3按比例配好,并混
合均匀,本实施例CuO颗粒:纯铝粉:发泡?#31890;篕
2TiF
6?#21512;?#22303;化合物质量比为:1:5:1:1:2


(3)熔炼:将铝合金锭放入坩埚中加热至820℃,待铝合金完全熔化之后,扒去表面浮
渣。


(4)喷粉:将混合好的纯铝粉、发泡剂、K
2TiF
6、富镧稀土化合物用气体喷粉搅拌机
喷到铝熔体中,720-760℃保温60?#31181;?#21518;,使反应物充?#22336;?#24212;。


(5)除气?#21644;?#20837;氮气进行除气处理。


(6)?#36153;?#38136;造:模具预热180℃,?#36153;?#21387;力为40MPa,保压时间10s,将处理好的颗粒
增强铝基复合材料进行间接?#36153;?#38136;造。


(7)T6热处理:将?#36153;?#38136;件在530℃下保温4小?#20445;?#27700;淬,然后在150±5℃下保温8小
?#20445;?#26368;后得到一种原位Al
2O
3颗粒增强铝基复合材料。


实施例2:


一种原位Al
2O
3颗粒增强铝基复合材料的制备方法和工艺,具体包括如下?#34903;瑁?br>

(1)粒子预处理:将AlNH
4(SO
4)
2粉末放置于陶瓷碗中,放置于120℃的烘干炉中进行烘
干2-4小?#24065;匀?#38500;游离水;发泡?#31890;═iH
2粉)在电阻炉200℃下烘干2-4小?#20445;籏
2TiF
6在干燥箱
150℃下预热1-2小?#24065;匀?#20854;水分,纯铝粉在干燥箱150℃下预热3小?#24065;匀?#20854;水分。。


(2)粒子混合:AlNH
4(SO4)
2粉、纯铝粉、TiH
2粉、K
2TiF
6与稀土化合物Ce
2O
3按比例配
好,并混合均匀,本实施例AlNH
4(SO
4)
2颗粒:纯铝粉:发泡?#31890;篕
2TiF
6?#21512;?#22303;化合物质量比为:
1:6:1:3:4


(3)熔炼:将铝合金锭放入坩埚中加热至820℃,待铝合金完全熔化之后,扒去表面浮
渣。


(4)喷粉:将混合好的纯铝粉、发泡剂、K
2TiF
6、稀土化合物用气体喷粉搅拌机喷到
铝熔体中,720-760℃保温60?#31181;?#21518;,使反应物充?#22336;?#24212;。


(5)除气?#21644;?#20837;氮气进行除气处理。


(6)?#36153;?#38136;造:模具预热170℃,?#36153;?#21387;力为30MPa,保压时间15s,将处理好的颗粒
增强铝基复合材料进行间接?#36153;?#38136;造。


(7)T6热处理:将?#36153;?#38136;件在530℃下保温5小?#20445;?#27700;淬,然后在150±5℃下保温8小
?#20445;?#26368;后得到一种原位Al
2O
3颗粒增强铝基复合材料。


实施例3:


一种原位Al
2O
3颗粒增强铝基复合材料的制备方法和工艺,具体包括如下?#34903;瑁?br>

(1)粒子预处理:将Zr(CO
3)
2粉末放置于陶瓷碗中,放置于120℃的烘干炉中进行烘干2
小?#24065;匀?#38500;游离水;发泡剂在电阻炉200℃下烘干2-4小?#20445;籏
2TiF
6在干燥箱150℃下预热1-2
小?#24065;匀?#20854;水分,纯铝粉在干燥箱150℃下预热3小?#24065;匀?#20854;水分。


(2)粒子混合:Zr(CO
3)
2粉、纯铝粉、TiH
2粉、K
2TiF
6与稀土化合物La
2O
3按比例配好,
并混合均匀,本实施例Zr(CO
3)
2颗粒:纯铝粉:发泡?#31890;篕
2TiF
6?#21512;?#22303;化合物La
2O
3质量比为:1:
5:1:1:2。


(3)熔炼:将铝合金锭放入坩埚中加热至820℃,待铝合金完全熔化之后,扒去表面
浮渣。


(4)喷粉:将混合好的纯铝粉、发泡剂、K
2TiF
6、富镧稀土化合物La
2O
3用气体喷粉搅
拌机喷到铝熔体中,720-760℃保温60?#31181;?#21518;,使反应物充?#22336;?#24212;。


(5)除气?#21644;?#20837;氮气进行除气处理。


(6)?#36153;?#38136;造:模具预热200℃,?#36153;?#21387;力为80MPa,保压时间15s,将处理好的颗粒
增强铝基复合材料进行间接?#36153;?#38136;造。


(7)T6热处理:将?#36153;?#38136;件在530℃下保温5小?#20445;?#27700;淬,然后在150±5℃下保温9小
?#20445;?#26368;后得到一种原位Al
2O
3+Al
3Zr颗粒增强铝基复合材料。


以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利?#27573;?#25152;做的均等变化与
修饰,?#26434;?#23646;本发明的涵盖?#27573;А?br>

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