一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法技术

一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法。本发明专利技术涉及一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法。本发明专利技术的目的是为了解决采用常规热挤压处理使SiC纳米线定向排列过程中对SiC纳米线损伤严重的问题。方法：一、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料的制备；二、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料及热挤压模具的预热；三、半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料。本发明专利技术在固相线以上、液相线以下对SiC纳米线增强铝基复合材料进行热挤压处理。铝基体的晶粒边界发生熔化，铝基体处于固‑液混合状态，对SiC纳米线约束力小。SiC纳米线可以实现低损伤的定向排列。

【技术实现步骤摘要】
一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法
本专利技术涉及一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法。
技术介绍
近些年来，纳米相增强金属基复合材料以其优异的强化效率，成为金属基复合材料的研究热点。目前，纳米复合材料的主要增强体为零维纳米材料(例如Al2O3纳米颗粒)，一维纳米材料(例如碳纳米管、SiC纳米线)，二维纳米材料(例如石墨烯)。目前，纳米铝基复合材料的制备方法，主要集中于固态法(热压烧结、放电等离子烧结、搅拌摩擦焊)和液态法(挤压铸造法、搅拌铸造、气压浸渗、无压浸渗及喷射沉积等)。过去采用碳纳米管增强铝基复合材料的研究很深入，但是碳纳米管加入的含量较低，材料性能提升效果较低；另一方面碳纳米管易于与铝基体发生界面反应，从而恶化了材料的性能。SiC相是铝基复合材料中的一种理想增强体，采用SiC颗粒增强的铝基复合材料的研究非常深入，并且已经开始了产业化应用。WenshuYang等人发现SiC纳米线具有比SiC晶须和SiC颗粒更高的增强效率。目前制备SiC纳米线增强铝基复合材料的方面包括固态法和液态法。Jintakosol等人采用热压烧结法制备了最高含量15vol.％的SiC纳米线增强铝基复合材料。WenshuYang和RonghuaDong等人采用超声波首先分散SiC纳米线浆料，采用压力浸渗法制备了复合材料，材料致密度较高(>97％)，SiC纳米线与Al基体界面结合良好且其弯曲强度超过了1000MPa，并具有良好的加工性能和一定的塑性。WenshuYang和RonghuaDong等人采用热挤压的方式对SiC纳米线增强6061铝基复合材料进行了处理，发现热挤压处理一方面提高了材料的致密度，另一方面使SiC纳米线定向排列，从而显著提高了材料的力学性能。但是他们的热挤压温度(520℃)是在基体合金固相线(582℃)以下进行的。在固相线以下时，铝基体虽然具有一定的流动性，但是仍然是固相，这导致SiC纳米线在定向排列过程中仍受到周围基体较大的约束，因此SiC纳米线发生了明显的断裂。SiC纳米线的强化效果与其长径比直接相关，因此SiC纳米线发生断裂后显著降低了SiC纳米线的增强效果。因此如何能实现SiC纳米线的低损伤定向排列是目前限制SiC纳米线增强铝基体复合材料性能提升的一个难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决采用常规热挤压处理使SiC纳米线定向排列过程中对SiC纳米线损伤严重的问题，提出了一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法。本专利技术的一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法按照以下步骤进行：一、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料的制备：采用固态法或液态法制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料；所述非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的体积分数为5.0％～35％，所述非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中含铝金属体积分数为65％～95％；其中所述含铝金属为纯铝或铝合金；二、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料及热挤压模具的预热：先将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热至温度为Ts～Tm，然后在温度为Ts～Tm的条件下保温0.5h～6h，再将热挤压模具预热至温度为低于非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热温度10℃～50℃，然后在温度下保温0.5h～6h；所述Ts为含铝金属基体的固相线温度，所述Tm为含铝金属基体的液相线温度；三、半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料：将预热后的非定向SiC纳米线增强铝基复合材料用热挤压模具在热挤压的加压速度为30mm/min～120mm/min和热挤压变形比为5～86：1的条件下进行热挤压，得到定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料；步骤一中所述SiC纳米线的纯度大于85％，平均直径为5nm～250nm，长度为5μm～100μm；所述SiC纳米线为3C、2H、4H及6H中的一种或几种的任意比组合。步骤一中所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Be合金、Al-Li合金及Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或其中几种的任意比组合；所述Al-Si合金中Si的质量分数为0.5％～25％；Al-Cu合金中Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Mg合金中Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Si-Cu合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Si-Mg合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Cu-Mg合金中Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Zn-Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Zn-Mg-Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Mg的质量分数为0.5％～38％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Be合金中Be的质量分数为0.5％～20％；Al-Li合金中Li的质量分数为0.5％～35％；Al-Si-Cu-Mg合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％。本专利技术具备以下有益效果：1、本专利技术在固相线以上、液相线以下对SiC纳米线增强铝基复合材料进行热挤压处理。在该温度下，铝基体的晶粒边界发生熔化，铝基体处于固-液混合状态，晶粒在外界应力下易发生转动，对SiC纳米线约束力小。SiC纳米线可以实现低损伤的定向排列，从而获得高性能的SiC纳米线增强铝基复合材料。2、本专利技术制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的性能优异，典型性能如为：弹性模量超过90GPa，弯曲强度超过1000MPa，屈服强度超过450MPa，抗拉强度超过650MPa，延伸率超过2％；3、本专利技术提供了一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法，工艺方法简单、易操作、复合材料性能优异，易于实现产业化生产及应用。附图说明图1是试验一的基于半固态挤压制备的定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的显微组织照片。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式的一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法按照以下步骤进行：一、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料的制备：采用固态法或液态法制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料；所述非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的体积分数为5.0％～35％，所述非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中含铝金属体积分数为65％～95％；其中所述含铝金属为纯铝或铝合金；二、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料及热挤压模具的预热：先将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热至温度为Ts～Tm，然后在温度为Ts～Tm的条件下保温0.5h～6h，再将热挤压模具预热至温度为低于非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热温度10℃～50℃，然后在温度下保温0.5h～6h；所述Ts为含铝金属基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法，其特征在于一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法按照以下步骤进行：一、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料的制备：采用固态法或液态法制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料；所述非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的体积分数为5.0％～35％，所述非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中含铝金属体积分数为65％～95％；其中所述含铝金属为纯铝或铝合金；二、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料及热挤压模具的预热：先将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热至温度为Ts～Tm，然后在温度为Ts～Tm的条件下保温0.5h～6h，再将热挤压模具预热至温度为低于非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热温度10℃～50℃，然后在温度下保温0.5h～6h；所述Ts为含铝金属基体的固相线温度，所述Tm为含铝金属基体的液相线温度；三、半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料：将预热后的非定向SiC纳米线增强铝基复合材料用热挤压模具在热挤压的加压速度为30mm/min～120mm/min和热挤压变形比为5～86：1的条件下进行热挤压，得到定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法，其特征在于一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法按照以下步骤进行：一、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料的制备：采用固态法或液态法制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料；所述非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的体积分数为5.0％～35％，所述非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中含铝金属体积分数为65％～95％；其中所述含铝金属为纯铝或铝合金；二、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料及热挤压模具的预热：先将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热至温度为Ts～Tm，然后在温度为Ts～Tm的条件下保温0.5h～6h，再将热挤压模具预热至温度为低于非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热温度10℃～50℃，然后在温度下保温0.5h～6h；所述Ts为含铝金属基体的固相线温度，所述Tm为含铝金属基体的液相线温度；三、半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料：将预热后的非定向SiC纳米线增强铝基复合材料用热挤压模具在热挤压的加压速度为30mm/min～120mm/min和热挤压变形比为5～86：1的条件下进行热挤压，得到定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料。2.根据权利要求1所述的一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法，其特征在于步骤一中所述SiC纳米线的纯度大于85％，平均直径为5nm～250nm，长度为5μm～100μm；所述SiC纳米线为3C、2H、4H及6H中的一种或几种的任意比组合。3.根据权利要求1所述的一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法，其特征在于步骤一中所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Be合金、Al-Li合金及Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或其中几种的任意比组合。4.根据权利要求1所述的一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法，其特征在于步骤一中所述Al-Si合金中Si的质量分数为0.5％～25％；Al-Cu合金中Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Mg合金中Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Si-Cu合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Si-Mg合金中Si的质量分数...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文澍，武高辉，姜龙涛，张强，修子扬，陈国钦，乔菁，康鹏超，芶华松，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23