一种非晶合金增强的铝基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种非晶合金增强的铝基复合材料及其制备方法，该复合材料以铝基非晶合金为增强体，以铝合金为基体，铝基非晶合金均匀的分散在铝合金中。本发明专利技术操作简单、制备工艺温度低，通过简单的热压烧结工艺就可以制得复合材料。铝基非晶合金与铝合金基体界面结合强度高，界面状态好，铝基非晶合金颗粒在基体中分布均匀，不易团聚，所得复合材料致密度以及力学性能良好，具有高强度、高硬度的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非晶合金增强的铝基复合材料及其制备方法，属于复合材料制备

技术介绍
颗粒增强铝基复合材料具有高比强度、高比模量、耐磨性及尺寸稳定性好等优异的性能。作为一种新型的结构材料，在航空航天、汽车、通信行业等领域具有广泛的应用前景，还可以作为高级涂料的添加剂。然而，由于颗粒增强铝基复合材料塑形和韧性较差，这限制了其在结构材料方面的应用。如何提高其塑形和韧性，一直是研究者追求的目标。颗粒增强铝基复合材料由颗粒增强体和基体构成，目前所广泛应用的增强体材料有SiC、Al2O3等，因为它们密度低，弹性模量高。然而这些颗粒作为增强体有很多缺点，例如基体与增强体的界面会发生不良的界面反应，使界面会出现剥离问题，并且会造成复合材料的致密度、以及力学性能等出现下降趋势。与陶瓷颗粒相比，非晶合金具有高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性，与基体材料会形成良好的界面，界面结合力也会增强，避免了上述界面结合不良好的情况。
技术实现思路
针对现有技术的缺点和不足，本专利技术提供了一种非晶合金增强的铝基复合材料，所述复合材料以铝基非晶合金为增强体，以铝合金为基体，增强体分散均匀，与基体界面结合强度高，界面状态好，复合材料的致密度和硬度高。本专利技术还提供了上述非晶合金增强的铝基复合材料的制备方法，该方法操作简单，工艺温度较低，由于制备的Al基非晶合金晶化温度高于1200K，具有极佳的热稳定性，故在烧结过程中仍以稳定非晶相存在，增强体与基体界面结合状态好。本专利技术是通过以下技术方案实现：一种非晶合金增强的铝基复合材料，该复合材料以铝基非晶合金为增强体，以铝合金为基体，铝基非晶合金均匀的分散在铝合金中。上述复合材料中，铝基非晶合金所占的体积分数为5%~40%，铝合金所占的体积分数为60%~95%。上述复合材料中，所述铝基非晶合金优先选用AlFe系非晶合金。非晶状态的合金比晶化状态的合金能够对复合材料的性能起到更好的增强作用。本专利技术的AlFe非晶合金初始晶化温度高（>1200K），热稳定性好，在烧结过程中不会发生晶化。上述AlFe非晶合金中，Al与Fe的原子百分比为70~85:15~30，例如Al85Fe15非晶合金、Al70Fe30非晶合金。上述复合材料中，所述铝合金可以选用牌号为2XXX系列或6XXX系列的铝合金。2XXX系列是以铜为主要合金元素的铝合金，6XXX系列是以镁为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金。本专利技术复合材料由铝基非晶合金与铝合金构成，因为铝合金性能的差异，所得复合材料的性能有一定差异。因为增强体也是以铝为主元素，与铝基体间更易于结合，增强体和基体之间的界面结合强度高，界面状态好，不易彼此脱离。本专利技术复合材料中，铝基非晶合金以颗粒状态分散在基体中，颗粒分布均匀，没有团聚现象，所得复合材料致密度和硬度大大提高。此外，增强体和基体结合良好，复合材料的强度、硬度提高。本专利技术还提供了该非晶合金增强的铝基复合材料的制备方法，该方法先制得铝基非晶合金粉末，再将铝基非晶合金粉末和铝合金粉末混合球磨制得混合物料，最后将混合物料真空热压烧结成型，即得。本专利技术制备方法，具体包括以下步骤：(1)制备铝基非晶合金粉末：将Al粉和Fe粉混合，加入球磨罐中，在惰性气体和保护剂的保护下进行机械合金化，球磨时的转速≧300rpm，直至得到铝基非晶合金粉末；（2）混粉：将铝基非晶合金粉末和铝合金粉末装进球磨罐中并密封，在≧200rpm的转速下球磨10-15h，得到混合物料；（3）真空热压烧结：将混合物料先在723K~823K下保温15~20min，然后升温到823K~873K，加压至5~10MPa，保温25~30min，得非晶合金增强的铝基复合材料。本专利技术方法中，所得铝基非晶合金粉末为AlFe非晶合金粉末，Al与Fe的原子百分比优选为70~85:15~30，其热稳定性良好，初始晶化温度高，在后续的烧结温度范围内能很好的保持非晶特性，和铝合金基体的界面能够非常好的结合。上述步骤（1）中，Al粉和Fe粉的纯度≧99.9wt.%。上述步骤（1）中，机械合金化在惰性气体和保护剂保护下进行，防止合金氧化。上述步骤（1）中，机械合金化时的转速优选≧300rpm，更优选≧350rpm，例如300~400rpm，在高转速下更易于形成非晶合金。上述步骤（1）中，机械合金化时的球料比为10:1~20:１。上述步骤（1）中，机械合金化时间在100h以上，例如100~250h，优选150-250h。本专利技术方法中，先将非晶合金和铝合金在球磨机中充分球磨混合再进行烧结，制备工艺温度较低，避免了不利界面化学反应的发生和脆性相的形成，提高了产品性能。上述步骤（2）中，铝基非晶合金粉末的体积分数为5%~40%，铝合金粉末的体积分数为60~95%。在此范围内，铝基非晶合金粉末的体积分数越高，产品的强度，硬度越高。上述步骤（2）中，球磨在惰性气体保护下进行。上述步骤（2）中，球磨时的转速≧200rpm，例如200~350rpm。上述步骤（2）中，球磨时的球料比为10:1~20:１。上述步骤（3）中，将混合物料放入所需形状的石墨磨具中，然后在真空热压烧结炉中进行烧结，烧结后即可得到所需形状的复合材料。上述步骤（3）中，烧结先在723K~823K下保温，再在823K~873K下保温。第二次保温的温度高于第一次保温的温度。第二次保温进行加压，加至压力5~10MPa进行烧结。上述步骤（3）中，烧结升温时，623K以前升温速率10K/min，623K以后升温速率3K/min。上述步骤（3）中，烧结在真空热压烧结炉中进行。本专利技术具有如下优点及有益效果：(1)本专利技术的铝基非晶合金粉末具有较高的初始晶化温度、优异的热稳定性、烧结温度下不发生晶化并能保持非晶相本质特征，提高了复合材料的性能。(2)本专利技术的复合材料中，铝基非晶合金颗粒与铝合金基体界面结合强度高，界面状态好，铝基非晶合金颗粒在基体中分布均匀，不易团聚，所得复合材料致密度以及力学性能良好，具有高强度、高硬度的优点。(3)本专利技术操作简单、制备工艺温度低，通过简单的热压烧结工艺就可以制得复合材料，避免了不利界面化学反应的发生和脆性相的形成，实现了复合材料强度和硬度的同时提高；且制备工艺简单，成本低，稳定性好。附图说明图1为本专利技术实施例1所制得的Al85Fe15非晶合金的XRD图谱。图2为本专利技术实施例1所制得的Al85Fe15非晶合金的晶化温度图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非晶合金增强的铝基复合材料，其特征是：所述复合材料以铝基非晶合金为增强体，以铝合金为基体，铝基非晶合金均匀的分散在铝合金中。

【技术特征摘要】
1.一种非晶合金增强的铝基复合材料，其特征是：所述复合材料以铝基非晶合金为增
强体，以铝合金为基体，铝基非晶合金均匀的分散在铝合金中。
2.根据权利要求1所述的非晶合金增强的铝基复合材料，其特征是：复合材料中，铝基
非晶合金的体积分数为5%~40%，铝合金的体积分数为60%~95%。
3.根据权利要求1所述的非晶合金增强的铝基复合材料，其特征是：所述铝基非晶合金
为AlFe非晶合金；所述铝合金是指牌号为2XXX系列或6XXX系列的铝合金。
4.根据权利要求1所述的非晶合金增强的铝基复合材料，其特征是：所述AlFe非晶合金
中，Al与Fe的原子百分比为70~85:15~30。
5.一种权利要求1~4中任一项所述的非晶合金增强的铝基复合材料的制备方法，其特
征是包括以下步骤：
(1)制备铝基非晶合金粉末：将Al粉和Fe粉混合，加入球磨罐中，在惰性气体和保护剂
的保护下进行机械合金化，球磨时的转速≧30...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳，张岚翔，左敏，王同洋，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37