原位多相颗粒耦合增强铝基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术原位多相颗粒耦合增强铝基复合材料及其制备方法，涉及含非金属的有色金属合金的制造，该材料为原位多相颗粒耦合增强Al3Nb

【技术实现步骤摘要】
原位多相颗粒耦合增强铝基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术的技术方案涉及含非金属的有色金属合金的制造，具体地说是原位多相颗粒耦合增强铝基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金具有比强度高、比模量大、抗腐蚀及成型性好等优点，是近年来在交通、航空航天和军事等领域应用越来越广泛的轻质材料。但是与钢铁材料相比，铝合金强度仍然比较低，尤其是一些需要在较高的机械应力和热应力条件下应用的元件，仍然不能完全实现以铝代钢。目前研究表明，提高铝合金强度常用且非常有效的手段是向铝合金中加入具有一定稳定性的陶瓷颗粒，制备成陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
[0003]现有技术中的陶瓷增强颗粒一般为与铝液的润湿性比较差的陶瓷颗粒，较差的润湿性通常会引起颗粒的聚集，还会导致增陶瓷强颗粒与铝基体不能有良好的界面结合，从而严重影响其强化效果。CN110004316B公开了一种以“Al
‑
B中间合金、纯Al和纯Nd”为原料制备原位纳米陶瓷颗粒增强铝基NdB6/Al
‑
Cu
‑
Mn复合材料，该技术虽然在一定程度上解决了纳米陶瓷颗粒与铝液润湿性不好的问题，但是该方法所存在的诸多缺陷是：1)所用原材料为稀土Nd(钕)，稀土的价格高，因此，所生产产品的成本高；2)CN110004316B的产品原位纳米陶瓷颗粒增强铝基NdB6/Al
‑
Cu
‑
Mn复合材料是单相颗粒增强铝基复合材料，其强化效果得到的力学性能尚不能适应在现在交通、航空航天和军事等领域应用中对铝合金强度的要求；3)CN110004316B中的NdB6增强颗粒是在Al熔体中通过稀土Nd与Al
‑
B中间合金反应制备的，稀土Nd很容易被氧化，所以对实验条件要求严苛，这也增加了制备成本；4)NdB6增强颗粒相当于是通过两种熔融的金属反应生成的，熔体之间的反应比较剧烈，反应速率，反应进程都不容易控制，因此生成的增强颗粒尺寸也不容易得到有效控制；5)由于CN110004316B中制备NdB6增强相所用的原材料为“纯Nd”和“Al
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B中间合金”，Al
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B中间合金一般为Al
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3B，很难制备出更高B含量的Al
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B中间合金，这就导致很难制备出高体积分数的NdB6增强铝基复合材料，因此对基体合金的强化作用受限。
[0004]总之，现有技术中陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法还存在增强颗粒尺寸不易控制，增强相与基体结合界面较差，产品力学性能尚不能适应在现在交通、航空航天和军事等领域应用中对铝合金强度的要求，以及制备成本较高的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：提供原位多相颗粒耦合增强铝基复合材料及其制备方法，具体地说是原位多相颗粒耦合增强Al3Nb
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NbB2‑
NbC/Al
‑
Cu
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Mn复合材料及其制备方法，该复合材料中，Al
‑
Cu
‑
Mn∶Al3Nb
‑
NbB2‑
NbC/Al＝2～5∶1，室温至300℃下最大抗拉强度为540MPa，延伸率为8.3％，增强相由三种不同的相组成，并且采用原位反应生成，增强颗粒尺寸细小且在基体中均匀分布，与基体形成良好的结合界面，该材料的制备方法是以Al
‑
Nb中间合金、B4C粉和纯Al为原料，通过高能球磨和熔体纺丝技术制备出原位Al3Nb
‑
NbB2‑
NbC/Al
复合材料，进一步借助超声波振动方法所制得，本专利技术克服了现有技术中陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法还存在增强颗粒尺寸不易控制，增强相与基体结合界面较差，产品力学性能尚不能适应在现在交通、航空航天和军事等领域应用中对铝合金强度的要求，以及制备成本较高的缺陷。
[0006]本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：原位多相颗粒耦合增强铝基复合材料，具体地说是原位多相颗粒耦合增强Al3Nb
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NbB2‑
NbC/Al
‑
Cu
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Mn复合材料，其中Al
‑
Cu
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Mn∶Al3Nb
‑
NbB2‑
NbC/Al＝2～5∶1，室温至300℃下最大抗拉强度为540MPa，延伸率为8.3％，增强相由Al3Nb、NbB2和NbC三种不同的相组成。
[0007]上述原位多相颗粒耦合增强铝基复合材料的制备方法，具体地说是原位多相颗粒耦合增强Al3Nb
‑
NbB2‑
NbC/Al
‑
Cu
‑
Mn复合材料的制备方法，以Al
‑
Nb中间合金、B4C粉和纯Al为原料，通过高能球磨和熔体纺丝技术制备出原位Al3Nb
‑
NbB2‑
NbC/Al复合材料，进一步借助超声波振动方法制得增强颗粒均匀分布的原位多相颗粒耦合增强的Al3Nb
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NbB2‑
NbC/Al
‑
Cu
‑
Mn复合材料，具体步骤如下：
[0008]第一步，配料：
[0009]按纯Al∶Al
‑
Nb中间合金∶B4C粉＝40∶10～15∶1～3的质量比进行配料，称取所需用量的纯Al、Al
‑
Nb中间合金和B4C粉，所述Al
‑
Nb中间合金中，Nb元素含量的质量百分比为70％；
[0010]第二步，高能球磨制得Al
‑
Nb中间合金和B4C粉混合球磨粉末：
[0011]将上述第一步称取的Al
‑
Nb中间合金和B4C粉与氧化锆球磨珠放入高能球磨罐中，在装有Al
‑
Nb中间合金和B4C粉与氧化锆球磨珠的球磨罐中注满酒精，球料比为10～15∶1，将装有Al
‑
Nb中间合金、B4C粉、氧化锆球磨珠和酒精的高能球磨罐放入高能球磨机中，进行高能球磨，高能球磨机转速设为400～800r/min，球磨时间设为5～10h，收集球磨产物并进行烘干，烘干至粉末完全分散开，没有结块，由此高能球磨制得Al
‑
Nb中间合金和B4C粉的混合球磨粉末；
[0012]第三步，熔体纺丝制得Al3Nb
‑
NbB2‑
NbC/Al复合材料薄带：
[0013]将上述第一步称取的纯Al和上述第二步高能球磨制得的Al
‑
Nb中间合金和B4C粉混合球磨粉末放入石英管中，将该石英管放入真空快淬炉的感应线圈中，在真空快淬炉中进行熔炼甩带，设定真空快淬炉的真空度为2
×
10
‑3～5
×
10
‑3Pa，随后充入氩气，该炉内氩气压强为0.4～0.5MPa，调节电流大小为0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.原位多相颗粒耦合增强铝基复合材料，其特征在于：具体地说是原位多相颗粒耦合增强Al3Nb
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NbB2‑
NbC/Al
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Cu
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Mn复合材料，其中Al
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Cu
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Mn∶Al3Nb
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NbB2‑
NbC/Al＝2～5∶1，室温至300℃下最大抗拉强度为540MPa，延伸率为8.3％，增强相由Al3Nb、NbB2和NbC三种不同的相组成。2.权利要求1所述原位多相颗粒耦合增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：具体地说是原位多相颗粒耦合增强Al3Nb
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NbB2‑
NbC/Al
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Cu
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Mn复合材料的制备方法，以Al
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Nb中间合金、B4C粉和纯Al为原料，通过高能球磨和熔体纺丝技术制备出原位Al3Nb
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NbB2‑
NbC/Al复合材料，进一步借助超声波振动方法制得增强颗粒均匀分布的原位多相颗粒耦合增强的Al3Nb
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NbB2‑
NbC/Al
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Cu
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Mn复合材料，具体步骤如下：第一步，配料：按纯Al∶Al
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Nb中间合金∶B4C粉＝40∶10～15∶1～3的质量比进行配料，称取所需用量的纯Al、Al
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Nb中间合金和B4C粉，所述Al
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Nb中间合金中，Nb元素含量的质量百分比为70％；第二步，高能球磨制得Al
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Nb中间合金和B4C粉混合球磨粉末：将上述第一步称取的Al
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Nb中间合金和B4C粉与氧化锆球磨珠放入高能球磨罐中，在装有Al
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Nb中间合金和B4C粉与氧化锆球磨珠的球磨罐中注满酒精，球料比为10～15∶1，将装有Al
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Nb中间合金、B4C粉、氧化锆球磨珠和酒精的高能球磨罐放入高能球磨机中，进行高能球磨，高能球磨机转速设为400～800r/min，球磨时间设为5～10h，收集球磨产物并进行烘干，烘干至粉末完全分散开，没有结块，由此高能球磨制得Al
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Nb中间合金和B4C粉的混合球磨粉末；第三步，熔体纺丝制得Al3Nb
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NbB2‑
NbC/Al复合材料薄带：将上述第一步称取的纯Al和上述第二步高能球磨制得的Al
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Nb中间合金和B4C粉混合球磨粉末放入石英管中，将该石英管放入真空快淬炉的感应线圈中，在真空快淬炉中进行熔炼...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁金花，崔春翔，鲁成，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：