【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属基复合材料，尤其涉及一种氮化铝增强铝基复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、铝基复合材料是以金属铝及其合金为基体，以金属、非金属颗粒、晶须或纤维为增强体的非均质混合物，具有密度小，导电、导热性好，比强度、比模量高，耐高温，耐磨损，热膨胀系数小，尺寸稳定等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、电子封装以及体育产业等领域。
2、随着现代工业的快速发展，人们对铝基复合材料也提出了越来越高的要求，在要求材料具有高强度的同时，也对材料提出了更高的导热性以及更优异的耐磨性要求。正是在这种形势下，陶瓷颗粒增强铝基复合材料应运而生。由于陶瓷颗粒通常具有高熔点和高热稳定性，相比于合金化元素，其对铝基体的增强作用更显著，使得陶瓷颗粒增强铝基复合材料成为近年来的研究热点。氮化铝作为常见的一种陶瓷颗粒，由于具有良好的机械性能和导热性能，使得其成为铝基复合材料的良好增强材料。然而，氮化铝颗粒与铝基复合材料基体之间的浸润性差，界面反应难以控制，氮化铝颗粒分布不均匀，容易出现显微缩孔及裂纹。市面上的氮化铝增强铝基复合材料还或多或少存在制备工艺复杂、成型受限，导热性能不足，机械力学性能有待进一步提高等技术缺陷。
3、为了解决上述问题，授权公告号为cn101435030b的中国专利技术专利公开了一种金属基复合材料
的制备氮化铝颗粒增强铝基复合材料的方法。该专利技术先通过机械球磨将三聚氰胺和铝粉或铝合金粉制备成氮化铝和铝复合颗粒，然后将氮化铝和铝复合颗粒装入铝包套中进行脱气后密封，再经过热等静压制备成氮化铝颗粒增强铝基复
4、可见，本领域仍然需要一种机械力学性能好，耐磨性、耐腐蚀性和导热性能优异，使用寿命长的氮化铝增强铝基复合材料及其制备方法。
技术实现思路
1、本专利技术目的是为了克服现有技术的不足而提供一种机械力学性能好，耐磨性、耐腐蚀性和导热性能优异，使用寿命长的氮化铝增强铝基复合材料及其制备方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种氮化铝增强铝基复合材料，包括如下按质量百分比计的各成分制成：si 0.6%-2%、mg 0.03%-0.05%、nb 0.1%-0.3%、zr0.05%-0.1%、mo 0.3%-0.5%、zn 0.4%-0.6%、ta 0.03%-0.06%、mn 0.15%-0.3%、cu 0.5%-0.9%、co 0.05%-0.1%、in 0.001%-0.004%、b 0.001%-0.003%、ge 0.005%-0.015%、ir0.001%-0.003%、稀土元素0.05%-0.15%、sn 0.001%-0.003%、纳米碳化钛0.01%-0.03%、纳米氮化铬0.01%-0.03%、氮化铝纳米纤维5%-10%、纳米氮化铝3%-5%，余量为al。
3、优选的，所述稀土元素为sc、y、ce、pr按质量比(1-2):1:(1-3):(0.8-1.2)混合形成的混合物。
4、优选的，所述纳米碳化钛的粒径为10-80nm；所述纳米氮化铬的粒径为20-90nm。
5、优选的，所述氮化铝纳米纤维的平均直径为100-300nm，长度为1-3μm。
6、优选的，所述氮化铝增强铝基复合材料的制备成分还包括：meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯0.08wt%-0.12wt%、硅酸钠0.01wt%-0.03wt%、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮0.02wt%-0.05wt%。
7、优选的，所述meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯的制备方法，参见：郭勇，邵士俊，何丽君，et al.meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯的合成及表征[j].化学试剂，2002(6):344-345。
8、本专利技术的另一个目的，在于提供一种所述氮化铝增强铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
9、步骤s1、以铝锭、si-al中间合金、mg-al中间合金、nb-al中间合金、zr-al中间合金、mo-al中间合金、zn-al中间合金、ta-al中间合金、mn-al中间合金、cu-al中间合金、co-al中间合金、in-al中间合金、b-al中间合金、ge-al中间合金、ir-al中间合金、稀土元素-al中间合金、sn-al中间合金为原料，按照比例配料，在真空感应炉中熔炼成合金熔液；再将在520-610℃下预热的纳米碳化钛和纳米氮化铬加入上述合金熔液中，经过多能场处理后，浇入到经400～450℃预热处理的模型中，冷却后获得铝合金基体；
10、步骤s2、将经过步骤s1制成的铝合金基体研磨过1000-1200目筛，得到铝合金基体粉末，接着将铝合金基体粉末、氮化铝纳米纤维、纳米氮化铝、meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯、硅酸钠和1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮加入混粉机中，搅拌均匀后，得到混合粉末；然后装入模具中，压制成型，得到压坯；最后依次进行烧结和热处理，得到氮化铝增强铝基复合材料。
11、优选的，步骤s1中所述熔炼的温度为720～780℃。
12、优选的，步骤s1中所述多能场处理包括微波处理和超声波处理；所述超声波处理的频率为65-95khz，功率为550-950w；所述微波处理的频率为2.5-3.1ghz，功率为900-1600w；所述多能场处理的时间为8-10min。
13、优选的，步骤s2中所述压制成型是通过冷等静压机压制成型的，压力为120-300mpa。
14、优选的，步骤s2中所述烧结为真空烧结，首先在温度为360～470℃下烧结20-30分钟，然后以3-5℃/分钟的速度升高温度到550-570℃，在此温度下烧结30-40分钟，接着冷却降至室温。
15、优选的，步骤s2中所述热处理包括固溶处理、时效处理和退火处理；所述固溶处理的温度为485-515℃，保温时间为1-3h，室温水冷；所述时效处理的温度为190-270℃，时间为5-7h；所述退火处理的温度为410-500℃，时间为4-6h。
16、由于上述技术方案的运用，本专利技术具有以下有益效果：
17、（1）本专利技术公开的氮化铝增强铝基复合材料的制备方法，工艺和设备简单，操作控制方便，制备效率和成品合格率高，对设备依赖性低，耗能低，资金投入少，适于连续规模化生产，具有较高的推广应用价值。
18、（2）本专利技术公开的氮化铝增强铝基复合材料，包括如下按质量百分比计的各成分制成：si 0.6%-2%、mg 0.03%-0.05%、nb 0.1%-0.3%、zr 0.05%-0.1%、mo 0.3%-0.5%、zn0.4%-0.6%、ta 0.03%-0.06%、mn 0.15%-0.3%、cu 0.5%-0.9%、co 0.05%-0.1%本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氮化铝增强铝基复合材料，其特征在于，包括如下按质量百分比计的各成分制成：Si 0.6%-2%、Mg 0.03%-0.05%、Nb 0.1%-0.3%、Zr 0.05%-0.1%、Mo 0.3%-0.5%、Zn 0.4%-0.6%、Ta 0.03%-0.06%、Mn 0.15%-0.3%、Cu 0.5%-0.9%、Co 0.05%-0.1%、In 0.001%-0.004%、B 0.001%-0.003%、Ge 0.005%-0.015%、Ir 0.001%-0.003%、稀土元素0.05%-0.15%、Sn 0.001%-0.003%、纳米碳化钛0.01%-0.03%、纳米氮化铬0.01%-0.03%、氮化铝纳米纤维5%-10%、纳米氮化铝3%-5%、Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯0.08%-0.12%、硅酸钠0.01%-0.03%、1,3,5-三缩水甘油-S-三嗪三酮0.02%-0.05%，余量为Al；所述稀土元素为Sc、Y、Ce、Pr按质量比(1-2):1:(1-3):(0.8-1.2)混合形成的混合物。
2.根据权利要求1所述的氮化铝
3.一种根据权利要求1-2任一项所述氮化铝增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述氮化铝增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述熔炼的温度为720～780℃。
5.根据权利要求3所述氮化铝增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述多能场处理包括微波处理和超声波处理；所述超声波处理的频率为65-95kHz，功率为550-950W；所述微波处理的频率为2.5-3.1GHz，功率为900-1600W；所述多能场处理的时间为8-10min。
6.根据权利要求3所述氮化铝增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述压制成型是通过冷等静压机压制成型的，压力为120-300MPa。
7.根据权利要求3所述氮化铝增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述烧结为真空烧结，首先在温度为360～470℃下烧结20-30分钟，然后以3-5℃/分钟的速度升高温度到550-570℃，在此温度下烧结30-40分钟，接着冷却降至室温。
8.根据权利要求3所述氮化铝增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述热处理包括固溶处理、时效处理和退火处理；所述固溶处理的温度为485-515℃，保温时间为1-3h，室温水冷；所述时效处理的温度为190-270℃，时间为5-7h；所述退火处理的温度为410-500℃，时间为4-6h。
...【技术特征摘要】
1.一种氮化铝增强铝基复合材料，其特征在于，包括如下按质量百分比计的各成分制成：si 0.6%-2%、mg 0.03%-0.05%、nb 0.1%-0.3%、zr 0.05%-0.1%、mo 0.3%-0.5%、zn 0.4%-0.6%、ta 0.03%-0.06%、mn 0.15%-0.3%、cu 0.5%-0.9%、co 0.05%-0.1%、in 0.001%-0.004%、b 0.001%-0.003%、ge 0.005%-0.015%、ir 0.001%-0.003%、稀土元素0.05%-0.15%、sn 0.001%-0.003%、纳米碳化钛0.01%-0.03%、纳米氮化铬0.01%-0.03%、氮化铝纳米纤维5%-10%、纳米氮化铝3%-5%、meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯0.08%-0.12%、硅酸钠0.01%-0.03%、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮0.02%-0.05%，余量为al；所述稀土元素为sc、y、ce、pr按质量比(1-2):1:(1-3):(0.8-1.2)混合形成的混合物。
2.根据权利要求1所述的氮化铝增强铝基复合材料，其特征在于，所述纳米碳化钛的粒径为10-80nm；所述纳米氮化铬的粒径为20-90nm；所述氮化铝纳米纤维的平均直径为100-300nm，长度为1-3μm。
3.一种根据权利要求1-2任一项所述氮化...
【专利技术属性】
技术研发人员：张鸣一，高平，张文龙，石智成，王伟，陈林玉，
申请(专利权)人：内蒙金属材料研究所，
类型：发明
国别省市：
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