Cr2O3涂覆硼酸铝晶须增强铝基复合材料的方法，它涉及一种晶须增强铝基复合材料的制备方法。它解决了目前的硼酸铝晶须增强铝基复合材料存在力学性能差、无法在高温环境中使用等缺陷。方法：一、制备Cr2O3溶胶；二、制备Cr2O3凝胶涂覆的硼酸铝晶须；三、制备Cr2O3涂覆的硼酸铝晶须预制件；四、采用挤压铸造法制备Cr2O3涂覆的硼酸铝晶须增强铝基复合材料。本发明专利技术方法可用于晶须增强铝基复合材料。
Preparation method of Cr2O3 coated aluminium borate whisker reinforced aluminium matrix composite
The invention relates to a method for Cr2O3 coating aluminium borate whisker reinforced aluminum matrix composite material, which relates to a preparation method of whisker reinforced aluminum matrix composite material. The utility model solves the defects that the existing aluminum borate whisker reinforced aluminum matrix composite has poor mechanical performance and can not be used in a high temperature environment. Methods: first, the preparation of Cr2O3 sol; two, preparation of Cr2O3 gel coated aluminum borate whisker; three, preparation of Cr2O3 coated aluminum borate whisker preform; four, prepared by squeeze casting Cr2O3 coated aluminum borate whisker reinforced aluminum matrix composites. The method of the invention can be used for whisker reinforced aluminum matrix composite.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种晶须增强铝基复合材料的制备方法。
技术介绍
复合材料作为一种新型的工程材料，吸引了世界各国材料研究者的极大关注，具 有很大的发展优势。铝基复合材料不但保持了优异的材料性能，而且在价格上可与传统的 金属材料相竞争。晶须增强铝基复合材料均具有各向同性和易加工变形等一系列优点，而且可以采 用现有的金属材料加工方法和设备以及传统的加工成型方法进行二次加工。目前主要采用 SiC晶须和Si3N4晶须等增强铝基复合材料，由于SiC晶须和Si3N4晶须价格昂贵，限制晶须 增强铝基复合材料的广泛应用。界面作为基体和增强体之间非常重要的区域，对材料的设计、制备以及宏观性能 均会产生显著的影响。硼酸铝晶须可以利用海水淡化副产品合成，成本十分低廉，是用于替 代SiC晶须和Si3N4晶须的首选。但是硼酸铝晶须增强铝基复合材料中界面润湿性差和高 温下界面反应严重的制约了硼酸铝晶须在复合材料领域的发展。因此，目前的硼酸铝晶须 增强铝基复合材料存在力学性能差、无法在高温环境中使用等缺陷。
技术实现思路
本专利技术是要解决目前的硼酸铝晶须增强铝基复合材料存在力学性能差、无法在高 温环境中使用等缺陷，而提供的一种Cr2O3涂覆硼酸铝晶须增强铝基复合材料的制备方法。Cr2O3涂覆硼酸铝晶须增强铝基复合材料按以下步骤进行—、硝酸铬和柠檬酸按1 1的摩尔比加入蒸馏水中，然后磁力搅拌加热回流1 2h，制得透明的Cr2O3溶胶；二、将硼酸铝晶须加入Cr2O3溶胶中并用超声波分散，然后烘干，得到Cr2O3凝胶涂 覆的硼酸铝晶须；三、将Cr2O3凝胶涂覆的硼酸铝晶须放入400 600°C环境中焙烧1 2h，制成 Cr2O3涂覆的硼酸铝晶须，再放入水中超声波分散1 ；四、用模压成型的方法将步骤三已超声波分散的Cr2O3涂覆的硼酸铝晶须制成预 制件，然后室温干燥，再放入800 1000°C环境中焙烧1 2h，获得Cr2O3涂覆硼酸铝晶须 预制件；五、挤压铸造500°C预热Cr2O3涂覆硼酸铝晶须预制件及模具，然后浇注熔融态的 铝合金，浇注温度为800°C，再在20MPa压力下进行初步挤压，而后增大压力至IOOMPa并保 压3min，制得Cr2O3涂覆硼酸铝晶须增强的铝基复合材料；其中，步骤一中加热回流温度为80°C，蒸馏水的质量为硝酸铬和柠檬酸总质量的 50 200倍；步骤二中硼酸铝晶须的质量是Cr2O3溶胶中Cr2O3质量的5 40倍；步骤五中 Cr2O3涂覆硼酸铝晶须预制件占铝基复合材料总体积的10% 30%。本专利技术步骤四将预制件放入800 1000°C环境中进行焙烧可以提高Cr2O3涂覆硼 酸铝晶须预制件的强度。本专利技术用溶胶凝胶和超声波分散相结合的方法在硼酸铝晶须表面涂覆Cr2O3，使得 Cr2O3涂覆的更为均勻，同时和球磨处理相比超声分散也可以减少硼酸铝晶须的折断。本专利技术方法步骤五挤压铸造过程中Cr2O3能够与基体铝合金熔液反应生成均勻的 界面产物(氧化物或复合氧化物)，因此界面润湿性显著提高，铝基复合材料的室温力学性 能大幅提高，与单纯硼酸铝晶须增强铝基复合材料相比，同等情况下铝基复合材料的拉伸 强度提高约11 1. 5倍，延伸率提高约1. 6 2倍；而且挤压铸造过程中Cr2O3与基体铝合 金熔液反应所生成的界面产物形成了均勻的过渡层界面结构，能减少或阻碍高温条件下复 合材料基体中镁元素与硼酸铝晶须发生的严重界面反应，从而减少对晶须的破坏，提高了 铝基复合材料的高温界面稳定性以及高温环境下的力学性能，高温热暴露本专利技术方法获得 的Cr2O3涂覆硼酸铝晶须增强铝基复合材料的拉伸强度比单纯硼酸铝晶须增强铝基复合材 料提高了约1. 3 1. 7倍，延伸率提高了约2. 1 2. 5倍。附图说明图1是具体实施方式十一中硼酸铝晶须(未涂覆Cr2O3的原料硼酸铝晶须)的扫 描电镜图2是具体实施方式十一中步骤三制成的Cr2O3涂覆的硼酸铝晶须的扫描电镜图； 图3是具体实施方式十一中步骤三制成的Cr2O3涂覆的硼酸铝晶须的X射线图谱，图3中 “ ”衍射峰为Cr203。具体实施例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Cr2O3涂覆硼酸铝晶须增强的铝基复合材料按以下 步骤进行一、硝酸铬和柠檬酸按1 1的摩尔比加入蒸馏水中，然后磁力搅拌加热回流1 2h，制得透明Cr2O3溶胶；二、将硼酸铝晶须加入Cr2O3溶胶中并用超声波分散，然后烘干，得到Cr2O3凝胶涂 覆的硼酸铝晶须；三、将Cr2O3凝胶涂覆的硼酸铝晶须放入400 600°C环境中焙烧1 2h，制成 Cr2O3涂覆的硼酸铝晶须，再放入水中超声波分散1 ；四、用模压成型的方法将步骤三已超声波分散的Cr2O3涂覆的硼酸铝晶须制成预 制件，然后室温干燥，再放入800 1000°C环境中焙烧1 2h，获得Cr2O3涂覆硼酸铝晶须 预制件；五、挤压铸造500°C预热Cr2O3涂覆硼酸铝晶须预制件及模具，然后浇注熔融态的 铝合金，浇注温度为800°C，再在20MPa压力下进行初步挤压，而后增大压力至IOOMPa并保 压3min，制得Cr2O3涂覆硼酸铝晶须增强的铝基复合材料；其中，步骤一中加热回流温度为80°C，蒸馏水的质量为硝酸铬和柠檬酸总质量的50 200倍；步骤二中硼酸铝晶须的质量是Cr2O3溶胶中Cr2O3质量的5 40倍；步骤五中 Cr2O3涂覆硼酸铝晶须预制件占铝基复合材料总体积的10% 30%。本实施方式方法适用于各种含镁铝合金。具体实施方式二 本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤二中超声波分 散时间为1 3小时，超声波功率为1000 2000W，超声波频率为50 80Hz。其它步骤及 参数与实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是步骤五中Cr2O3 涂覆硼酸铝晶须预制件占铝基复合材料总体积的12% 观％。其它步骤及参数与实施方 式一或二相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是步骤五中Cr2O3 涂覆硼酸铝晶须预制件占铝基复合材料总体积的15% 25%。其它步骤及参数与实施方 式一或二相同。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是步骤五中Cr2O3 涂覆硼酸铝晶须预制件占铝基复合材料总体积的20%。其它步骤及参数与实施方式一或二 相同。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式一至五之一的不同点是步骤二中 硼酸铝晶须的质量是Cr2O3溶胶中Cr2O3质量的6 38倍。其它步骤及参数与实施方式一 至五之一相同。具体实施方式七本实施方式与具体实施方式一至五之一的不同点是步骤二中 硼酸铝晶须的质量是Cr2O3溶胶中Cr2O3质量的10 35倍。其它步骤及参数与实施方式一 至五之一相同。具体实施方式八本实施方式与具体实施方式一至五之一的不同点是步骤二中 硼酸铝晶须的质量是Cr2O3溶胶中Cr2O3质量的20 30倍。其它步骤及参数与实施方式一 至五之一相同。具体实施方式九本实施方式与具体实施方式一至八之一的不同点是步骤一中 蒸馏水的体积为硝酸铬和柠檬酸总体积的80 150倍。其它步骤及参数与实施方式一至 八之一相同。具体实施方式十本实施方式与具体实施方式本文档来自技高网...
【技术保护点】
Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］涂覆硼酸铝晶须增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］涂覆硼酸铝晶须增强铝基复合材料按以下步骤进行：一、硝酸铬和柠檬酸按１∶１的摩尔比加入蒸馏水中，然后磁力搅拌加热回流１～２ｈ，制得透明的Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］溶胶；二、将硼酸铝晶须加入Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］溶胶中并用超声波分散，然后烘干，得到Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］凝胶涂覆的硼酸铝晶须；三、将Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］凝胶涂覆的硼酸铝晶须放入４００～６００℃环境中焙烧１～２ｈ，制成Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］涂覆的硼酸铝晶须，再放入水中超声波分散１～２ｈ；四、用模压成型的方法将步骤三已超声波分散的Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］涂覆的硼酸铝晶须制成预制件，然后室温干燥，再放入８００～１０００℃环境中焙烧１～２ｈ，获得Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］涂覆硼酸铝晶须预制件；五、挤压铸造：５００℃预热Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］涂覆硼酸铝晶须预制件及模具，然后浇注熔融态的铝合金，浇注温度为８００℃，再在２０ＭＰａ压力下进行初步挤压，而后增大压力至１００ＭＰａ并保压３ｍｉｎ，制得Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］涂覆硼酸铝晶须增强的铝基复合材料；其中，步骤一中加热回流温度为８０℃，蒸馏水的质量为硝酸铬和柠檬酸总质量的５０～２００倍；步骤二中硼酸铝晶须的质量是Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］溶胶中Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］质量的５～４０倍；步骤五中Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］涂覆硼酸铝晶须预制件占铝基复合材料总体积的１０％～３０％。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：岳红彦，黄硕，郭二军，王丽萍，俞泽民，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：93
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