SiC纳米线增强铝基复合材料及其制备方法技术

SiC纳米线增强铝基复合材料及其制备方法，它涉及铝基复合材料及其制备方法。它要解决现有SiC纳米线增强铝基复合材料的制备存在工艺复杂、成本高和耗时长的问题。SiC纳米线增强铝基复合材料由SiC纳米线和铝金属制成。方法：一、称料；二、制备SiC纳米线预制体；三、制备预热的SiC纳米线预制体；熔融铝金属；四、液态铝浸渗，冷却，脱模，得到铸锭，即完成。本发明专利技术中SiC纳米线预分散和预制体成型一步法工艺，缩短了工艺流程，耗时缩短为1天，提高了复合材料的制备效率，且成本降低。本发明专利技术中低表面张力和大外部压力结合的方法，促进液态Al的浸渗。制备方法简单、易操作、易控制，所得材料具有密度低、致密度高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铝基复合材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，纳米金属基复合材料凭借其超高的强化效果，在金属基复合材料的研究中占据了重要的地位。目前在纳米金属基复合材料中引入的增强体包括纳米级陶瓷颗粒、碳纳米管、纳米线和石墨烯等。为了保证充分发挥增强体的强化作用，提高纳米金属基复合材料的性能优势，需要加入较高含量的纳米增强体；但是高含量的纳米金属基复合材料却一直面临两个主要难题，第一是纳米增强体的表面能很大，极其容易团聚，很难像微米级增强体一样将其均匀的分散在基体中，而增强体的团聚会显著降低其强化效果，影响复合材料的各方面的性能；第二是纳米增强体与金属基体的界面润湿性能一般较差，而纳米增强体之间的间隙随着其含量的增加而减少，而纳米增强体之间的微米、亚微米甚至是纳米级别的空隙很难被金属基体完全填充，导致直接成型的高含量纳米金属基复合材料的致密度一般较低，同样制约了纳米相的强化效果。目前用于制备纳米铝基复合材料的方法，主要分为固相法(各种粉末冶金技术，搅拌摩擦焊以及最新的放电等离子烧结(SPS)法等)和液相法(包括挤压铸造，搅拌铸造，无压浸渗，喷射沉积等)。固相法是在合金熔点以下进行合成的，制备温度相对较低，不易发生界面反应，但是由于工艺限制，固相法更适合于制备低含量的纳米复合材料(增强体的含量低于5wt.％或5vol.％)。当增强体含量较高时，难以致密化，并且增强体易于团聚。相对于固相法，液相法可以制备高致密度的复合材料，同时增强体的含量可以较高(>10vol.％)，预期可获得更高的增强效果。SiC纳米线由于其各种优异的性能且不易于基体发生界面反应，也成为复合材料理想的增强体。目前采用SiC纳米线增强铝基复合材料的文献报道还较少。T.Jintakosol等采用超声波分散SiC纳米线，然后采用粉末冶金法制备了体积分数5％-15％的SiC纳米线增强纯铝复合材料，其复合材料的密度2.487g/cm3-2.636g/cm3，低于纯Al和SiC的密度(分别为2.702g/cm3和3.21g/cm3)，说明其材料的致密性较差；Yang等人采用超声波首先分散SiC纳米线浆料，然后采用压力浸渗法制备了复合材料，材料致密度较高(>97％)，SiC纳米线与Al基体界面结合良好且其弯曲强度超过了1000MPa，并具有良好的加工性能和一定的塑性。这说明压力浸渗法适合于制备SiC纳米线增强铝基复合材料。但是目前文献报导的方法中，为了提高SiC纳米线的分散均匀性，通常需要对SiC纳米线进行预分散处理。例如T.Jintakosol等采用的是超声波分散SiC纳米线浆料加机械搅拌分散的方式，而Yang等人采用的是超声波分散SiC纳米线浆料的方式。这种预分散处理会提高SiC纳米线的分散均匀性，但是工艺复杂，提高了材料制备成本，且超声波分散所用的乙醇溶剂挥发需要2-3天的时间，致使工艺耗时较长，效率低。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有SiC纳米线增强铝基复合材料的制备存在工艺复杂、成本高和耗时长的问题，而提供SiC纳米线增强铝基复合材料及其制备方法。本专利技术SiC纳米线增强铝基复合材料，按体积分数由5％～35％的SiC纳米线和65％～95％的铝金属制成；所述铝金属为纯铝或铝合金。制备上述SiC纳米线增强铝基复合材料的方法，按以下步骤实现：一、称料：按体积分数称取5％～35％的SiC纳米线和65％～95％的铝金属；二、SiC纳米线自分散/预制体成型一体化：将步骤一称取的SiC纳米线装入模具中进行冷压，冷压过程中，加压速度为0.1～3mm/min，加压至4～8MPa并保压30～60min，得到SiC纳米线预制体；三、预热：将步骤二得到的SiC纳米线预制体带模具移至加热炉中，将加热炉的温度从室温升温至400～660℃并保温5～8h，得到预热的SiC纳米线预制体；在保护气氛下，将步骤一称取的铝金属加热至熔点以上250～350℃，得到熔融的铝金属；四、液态铝浸渗：将步骤三中所得预热的SiC纳米线带模具置于压力机台面上，然后将步骤三所得熔融的铝金属倒入模具内预热的SiC纳米线预制体的上面，再施加100～150MPa的压力，浸渗的速度为1～3mm/s，待熔融的铝金属完全浸渗到预热的SiC纳米线预制体中，以20～40℃/min的速度冷却至室温，冷却后脱模，得到铸锭，即为SiC纳米线增强铝基复合材料；其中步骤一中铝金属为纯铝或铝合金。本专利技术的有益效果：1、本专利技术给出了一种SiC纳米线预分散和预制体成型一步法工艺，不需要对SiC纳米线进行预分散处理。通过控制预制块制备过程中的加压速度、压力和保压时间，使SiC纳米线在稳定的压力下通过长时间的自我变形、错动，实现SiC纳米线的自分散；缩短了工艺流程，耗时缩短为1天，提高了复合材料的制备效率，且成本降低。2、本专利技术给出了一种低表面张力和大外部压力结合的方法，解决了纳米增强体与Al基体润湿性较差，难以充分浸渗的问题，采用提高铝合金的熔化温度的方式，降低Al合金的表面张力，同时通过强制加载大的压力的方式，促进液态Al的浸渗；3、本专利技术制备的SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线含量为5％～35％，密度为2.69g/cm3～2.85g/cm3，致密度大于97％，弹性模量在80GPa～145GPa，弯曲强度在600MPa～1400MPa，屈服强度在110MPa～450MPa，拉伸强度在180MPa～700MPa，延伸率在0.2～2.5。4、本专利技术提供了一种制备SiC纳米线增强铝基复合材料制备方法，制备方法简单、易操作、工艺容易控制，制备出的SiC纳米线增强铝基复合材料具有密度低、致密度高、SiC纳米线分布均匀、力学性能良好、机械加工容易等性能特点。附图说明图1为实施例1中所得SiC纳米线增强铝基复合材料的微观组织图片。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式SiC纳米线增强铝基复合材料，按体积分数由5％～35％的SiC纳米线和65％～95％的铝金属制成；所述铝金属为纯铝或铝合金。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同是，所述SiC纳米线增强铝基复合材料，按体积分数由10％的SiC纳米线和90％的铝金属制成。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同是，所述SiC纳米线增强铝基复合材料，按体积分数由20％的SiC纳米线和80％的铝金属制成。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同是，所述SiC纳米线的纯度大于85％，平均直径为5～250nm，长度为5～100μm；所述有SiC纳米线为3C、2H、4H、6H中的一种或几种的任意比组合。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同是，所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Be合金、Al-Li合金、Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或几种的组合；所述Al-Si合金中Si的质量分数为0.5％～25％；所述Al-本文档来自技高网...

【技术保护点】
SiC纳米线增强铝基复合材料，其特征在于它按体积分数由5％～35％的SiC纳米线和65％～95％的铝金属制成；所述铝金属为纯铝或铝合金。

【技术特征摘要】
1.SiC纳米线增强铝基复合材料，其特征在于它按体积分数由5％～35％的SiC纳米线和65％～95％的铝金属制成；所述铝金属为纯铝或铝合金。2.根据权利要求1所述的SiC纳米线增强铝基复合材料，其特征在于所述SiC纳米线的纯度大于85％，平均直径为5～250nm，长度为5～100μm；所述有SiC纳米线为3C、2H、4H、6H中的一种或几种的任意比组合。3.根据权利要求1所述的SiC纳米线增强铝基复合材料，其特征在于所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Be合金、Al-Li合金、Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或几种的组合；所述Al-Si合金中Si的质量分数为0.5％～25％；所述Al-Cu合金中Cu的质量分数为0.5％～53％；所述Al-Mg合金中Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Si-Cu合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Si-Mg合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Cu-Mg合金中Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Zn-Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Zn-Mg-Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Mg的质量分数为0.5％～38％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Be合金中Be的质量分数为0.5％～20％；Al-Li合金中Li的质量分数为0.5％～35％；Al-Si-Cu-Mg合金Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％。4.制备如权利要求1所述SiC纳米线增强铝基复合材料的方法，其特征在于它按以下步骤实现：一、称料：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文澍，武高辉，姜龙涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23