一种颗粒双相AlTiCrNiCu增强SiCp/Al复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种颗粒双相AlTiCrNiCu增强SiCp/Al复合材料及其制备方法。通过高温煅烧+球磨的方法，将SiC尖角裂解、磨钝，减小复合材料受力时在碳化硅处的应力集中，提高复合材料力学性能。所添加高熵合金化学元素组成为AlTiCrNiCu，其晶体结构为FCC+BCC双相结构，具有良好的的强度和塑性，与铝基体有良好的界面结合。制得的复合材料增强体分布均匀，晶粒细小，无明显孔隙；具有高的强度、硬度和良好的耐磨性能。通过压力浸渗法制得的复合材料密度为2.94～3.09g/cm3，致密度为98.2～99.5％，塑性较一般方法制得的SiCp/Al有明显提高，具有广阔应用前景。阔应用前景。阔应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种颗粒双相AlTiCrNiCu增强SiCp/Al复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料制备
，具体涉及一种颗粒双相AlTiCrNiCu增强SiCp/Al复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]所谓复合材料，即是由两种及以上单一材料形成的材料，具有一系列不同于传统材料的优异性能，如高强、耐磨、抗冲击，因而受到广大学者关注。铝合金有较好的延展性但其耐磨性及抗拉强度不高，在铝合金中添加适量硬质SiC可提高铝合金的抗拉强度，但塑性大大降低。在SiCp/Al中添加适量高熵合金，可以在保留材料强度的同时，提高材料塑性。AlTiCrNiCu晶体结构为FCC+BCC双相结构，具有良好的的强度和塑性，与铝基体有良好的界面结合，适合作为铝基复合材料的增强体。
[0003]现有关于铝基复合材料的研究主要集中在不同的单相增强体上，如陶瓷颗粒及金属颗粒。弥散分布的陶瓷SiC颗粒在材料形变时可阻碍位错运动，提高材料强度。高体积分数的SiC增强6061Al复合材料抗拉强度可达263MPa，但SiC与铝基体界面结合较差且SiC棱角处易形成应力集中，复合材料延伸率较低；金属颗粒与铝基体有良好的界面结合，可以在材料形变时承担一部分载荷，提高材料塑性。Ni增强6061Al复合材料的延伸率可达21％，但抗拉强度仅为172MPa。国内外工业的发展对铝基复合材料的性能提出了更高的要求，单一增强相铝基复合材料难以满足发展需求，因而开发一种综合力学性能优异的铝基复合材料制备方法具有重要意义。将SiC和金属颗粒同时加入到铝合金中可以兼顾两种增强体的优势，大大提高铝合金的综合力学性能。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
提出的问题，本专利技术的目的在于提出一种高熵合金AlTiCrNiCu和SiC混杂增强铝基复合材料的制备方法，并能满足快速、大规模制备的要求。该方法为SiC钝化处理+球磨混粉+压力浸渗制备块体复合材料。本专利技术所添加高熵合金化学元素组成为AlTiCrNiCu，其晶体结构为FCC+BCC双相结构，具有良好的的强度和塑性，与铝基体有良好的界面结合。本专利技术采用压力浸渗成形方法，具有操作简便、成形快、可制备大块体件、制得的材料致密度高等优点。制得的复合材料增强体分布均匀，晶粒细小，无明显孔隙；具有高的强度、硬度和良好的耐磨性能。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供上述方法制得的一种颗粒双相AlTiCrNiCu增强SiCp/Al复合材料。该复合材料的密度为2.94～3.09g/cm3，致密度为98.2～99.5％，增强体在铝基体上分布均匀，没有明显孔隙，具有良好的强度、硬度、塑性和耐磨性能。
[0006]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种颗粒AlTiCrNiCu增强SiCp/Al复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将SiC粉末置于坩埚中，放入高温加热炉中于1000℃～1100℃中煅烧3～5h，随
炉冷却后，过筛。而后将粉末倒入烧杯中，加入适量酒精，在超声清洗机中振荡清洗，再放入干燥箱中干燥10h。
[0009](2)将SiC粉末置于球磨机中进行球磨，球料比为(6～10)：1，球磨时间为8h，转速为250～350r/min。
[0010](3)称取适量AlTiCrNiCu、SiC和铝合金粉末并混合均匀，得到混合粉末；
[0011](4)将混合粉末倒入模具中，连同模具放入保温炉中保温。同时将铝锭置于熔炼炉中熔化。其中，模具保温温度为520～580℃，铝锭加热到740～800℃保温；
[0012](5)取出模具并置于压机下，倒入熔融铝液，加压将铝液浸渗入混合粉末中，制得颗粒AlTiCrNiCu增强SiCp/Al复合材料。
[0013]进一步地，所述颗粒AlTiCrNiCu增强SiCp/Al复合材料中，高熵合金体积分数为4％～10％，SiC体积分数为30％～36％。
[0014]进一步地，步骤(3)所述混合粉末中AlTiCrNiCu粉末和SiC的重量按总体积分数40％称取，其中AlTiCrNiCu粉末体积分数为4～10％，SiC体积分数为30～36％。
[0015]进一步地，步骤(3)所述高熵合金粉末在混合前需要过350～500目筛，过筛后粉末的粒径在30～50μm。
[0016]进一步地，步骤(3)所述将混合粉末置于球磨混粉机中充分混匀，混粉时间为9～12h，转速为150r/min。
[0017]进一步地，步骤(4)所述保温炉升温速率为80～120℃/min，熔炼炉升温速率为100～120℃/min。
[0018]进一步地，步骤(4)所述铝锭为7075Al、2024Al、6061Al等常用商用铝合金。
[0019]进一步地，步骤(5)所述挤压压力为60～90MPa，保压时间为3～5min。
[0020]进一步地，步骤(5)所述模具在倒入混合粉末前需将石墨垫片挤入模具中兜住粉末，加压之前需在模具上方加石墨垫片。
[0021]上述方法制得的一种颗粒AlTiCrNiCu增强SiCp/Al复合材料
[0022]双相高熵合金AlTiCrNiCu增强SiCp/Al复合材料密度为2.94～3.09g/cm3，致密度为98.2～99.5％。
[0023]本专利技术所用混粉方法为球磨混粉，设备简单，价格经济，通过球磨珠与粉末不断的碰撞挤压，使得粉末充分混匀，制得的复合材料中增强体分布均匀。压力浸渗技术使材料在压力下成形和凝固，制件和型腔壁贴合紧密。模具之间的气隙减小，导热系数增加，凝固速度加快，有利于晶粒细化。此外，材料在压力下成形也可消除制件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷，产生局部的塑性变形，使制件组织致密。由于在压力下结晶，还有明显的细化晶粒、加快凝固速度和使组织均匀化的作用。本专利技术所用制备工艺简单且稳定，可方便的制备大块体复合材料。同时，本专利技术所制得的双相高熵合金增强SiCp/Al复合材料密度低，致密度高，强度高且耐磨性能优异，具有良好的推广应用前景。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：
[0025]通过高温煅烧+球磨的方法将SiC棱角钝化，减小复合材料受力时SiC处的应力集中，大大提高复合材料的力学性能。
[0026]本专利技术中铝液保温温度为720～800℃，相较于传统挤压铸造复合材料制备技术常见的浇注温度低50℃，节省熔炼时间、节约电量，在一定程度上减少了材料制备成本。
[0027]本专利技术所涉及的混粉过程在惰性气体(如氩气)保护环境下完成，可更大程度降低粉末的氧化。
[0028]制备的复合材料具有良好的强度和耐磨性能，塑性较一般高体积分数SiCp/Al也有明显提升，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0029]图1为钝化处理后的粉末图；
[0030]图2为复合材料扫描电镜图。
[0031]具体实施方法
[0032]下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种颗粒双相AlTiCrNiCu增强SiCp/Al复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将SiC粉末置于坩埚中，放入高温加热炉中煅烧，随炉冷却后，过筛；然后将粉末倒入烧杯中，加入酒精，在超声清洗机中振荡清洗，再放入干燥箱中干燥；(2)将SiC粉末置于球磨机中进行球磨；(3)称取AlTiCrNiCu和SiC并混合均匀，得到混合粉末；(4)将混合粉末倒入模具中，连同模具放入保温炉中保温，同时将铝锭置于熔炼炉中熔化；其中，模具保温温度为520～580℃，铝锭加热到740～800℃保温；(5)取出模具并置于压机上，倒入熔融铝液，加压将铝液浸渗入混合粉末中，制得复合材料。2.根据权利要求1所述颗粒双相AlTiCrNiCu增强SiCp/Al复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述煅烧温度为：1000℃～1100℃；所述煅烧时间为：3～5h；所述干燥时间为10h；所述球磨的球料比为(6～10)：1；球磨时间为10～15h，转速为250～350r/min。3.根据权利要求1所述一种颗粒AlTiCrNiCu增强SiCp/Al复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述混合粉末中AlTiCrNiCu粉末和SiC的重量按总体积分数40％称取，其中AlTiCrNiCu粉末体积分数为4～10％，SiC体积分数为30～36％；所述AlTiCrNiCu粉末在混合前需要过350～500目筛，过筛后粉末的粒径在30～50μm。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱德智，林伟杰，李小强，杨立栋，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：