一种氧化铝/铝微叠层复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化铝/铝微叠层复合材料及其制备方法，涉及复合材料领域，包括氧化铝层和铝层，氧化铝层与铝层交替叠加形成层状复合板，氧化铝层厚度为10‑30μm，铝层厚度为30‑50μm，复合板的厚度为1‑10mm，叠层数为40‑400层，密度为2.9‑3.1g/cm3。本发明专利技术采用微弧氧化‑真空热压工艺，先将铝箔进行微弧氧化处理得到表面具有厚度为10‑30μm氧化铝层的箔材A，然后与厚度为50μm的铝箔B交替叠层，在压下率5‑9％条件下通过真空热压获得氧化铝/铝微叠层复合材料，从而提供一种新型氧化铝/铝轻质复合板，尤其能够为大型结构件提供一种大尺寸厚板，具有节能、经济、灵活等工艺优点。

Alumina / aluminum micro laminated composite material and preparation method thereof

The invention discloses an alumina / aluminum micro laminated composite material and a preparation method thereof, relates to the field of composite materials, including alumina layer and the aluminum layer alumina layer and the aluminum layer alternately formed laminated plate, aluminum oxide layer thickness of 10 30 m, the aluminum layer thickness of 30 50 m composite the thickness of the plate is 1 10mm, number of layers is 40 layer 400, density of 2.9 3.1g/cm3. The invention adopts the micro arc oxidation vacuum hot pressing process, the aluminum foil treated by micro arc oxidation with a thickness of 10 30 m alumina layer foil A surface, and then with the thickness of 50 m aluminum foil B alternating layers, rate of 5 9% conditions under pressure by vacuum hot press oxidation / aluminum al microlaminated composite material, thus providing a new type of alumina / aluminum composite board, especially to provide a large size plate for large pieces of the structure, has the advantages of energy saving, economical and flexible process advantages.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种氧化铝/铝微叠层复合材料及其制备方法。
技术介绍
作为一种轻质材料，氧化铝/铝复合材料既具有氧化铝陶瓷高强度、高模量及高硬度的特点，又具备铝金属的良好韧性，因此采用此类材料制造的零部件不仅表现出高强韧的性能优势，从而大幅提升零部件服役过程中的稳定性与可靠性，而且能够满足航空、航天等领域的装备轻量化要求。目前，氧化铝/铝复合材料中作为增强体的氧化铝一般以颗粒、纤维及骨架等形式存在于铝基体中，通过氧化铝的均匀弥散分布使复合材料呈现优异的力学性能；其制备工艺主要包括粉末冶金、真空热压、熔渗及挤压铸造等高温方法。但是，上述氧化铝/铝复合材料及其制备方法难以高效率生产大尺寸厚板，加工成本较高。叠层或层状复合是一种获得大尺寸复合板的有效方式，表现为高强度、高硬度、高模量的陶瓷层与韧性及成型性较好的金属层按一定的层间距及层厚比交互重叠形成的一种多层结构；当层厚控制在0.01μm到100μm范围内时，能够达到陶瓷与金属组分性能间的有效配合，从而获得强韧性优异的微叠层复合材料。目前，陶瓷/金属微叠层复合材料的制备一般采用轧膜成形、流延成形及注浆成形等工艺制备出陶瓷生坯层，然后与金属箔叠置后热压烧结获得；或者采用电子束物理气相沉积、等离子喷涂等方法制备。但是，对于氧化铝/铝微叠层复合材料而言，前一类方法因氧化铝陶瓷的烧结温度远高于氧化铝/铝复合材料的热压温度，导致复合板材制备过程中难以有效实现氧化铝陶瓷的烧结，从而影响复合材料的强度；后一类方法则难以高效率制备厚度5mm以上的无支撑独立厚板。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氧化铝/铝微叠层复合材料及其制备方法，用以解决氧化铝/铝轻质复合板的制备难题，尤其可以高效率生产厚度5mm以上大尺寸板材且加工成本低。本专利技术提供的一种氧化铝/铝微叠层复合材料，包括氧化铝层和铝层，所述氧化铝层与铝层交替叠加形成总层数为40-400层的层状复合结构；所述氧化铝层厚度为10-30μm，铝层厚度为30-50μm。优选的，所述氧化铝/铝微叠层复合材料为板材，所述板材的厚度为1-10mm，长度或宽度为50-1000mm。优选的，所述氧化铝/铝微叠层复合材料的密度为2.9-3.1g/cm3，抗弯强度为256-319MPa。一种氧化铝/铝微叠层复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、箔材A的制备采用50μm厚的铝箔作为前驱体，经表面清洁处理并与电源正极连接，然后置于由硅酸盐、磷酸盐及添加剂混合而成的电解液中，在400-550V电压下微弧氧化处理10-20min，得到具有氧化铝层/铝层/氧化铝层三层结构的箔材样品；用去离子水对所述箔材样品进行表面清洗，干燥后得到箔材A；步骤2、箔材B的制备选取厚度为30-50μm的铝箔，在腐蚀液中浸泡60-120s后取出，用去离子水清洗腐蚀处理的铝箔表面，室温干燥后得到箔材B；步骤3、箔材的叠放在箔材长度与宽度相同的条件下，将步骤1得到的箔材A与步骤2得到的箔材B按照ABAB……AB或ABAB……ABA或BABA……BAB的叠层方式由下向上整齐叠放，得到叠层样品；步骤4、叠层样品的热压对叠层样品施加2-3MPa的预压力，待真空度达到1×10-2Pa后开始加热，升温速率为5-10℃/min，升温过程中保持外加压力2-3MPa；待温度升至530-600℃时进行真空热压或者真空热轧处理，然后冷却至室温，得到氧化铝/铝微叠层复合材料；最后将得到的氧化铝/铝微叠层复合材料进行切边及表面清洁处理，或者切割加工成所需尺寸的氧化铝/铝微叠层复合材料产品。优选的，上述制备方法中，步骤1还包括：对所述箔材样品进行表面清洗，干燥，然后采用化学镀方法，在干燥后的箔材样品的表面沉积厚度0.9-1.1μm的铜或镍层，得到箔材A。优选的，上述制备方法中，步骤2中，所述腐蚀液为由氢氧化钠和腐蚀液添加剂混合而成的碱溶液，且腐蚀处理时间为120s；所述腐蚀液添加剂为硅酸钠、碳酸钠的一种或两种，每种添加量不超过5g/L。优选的，上述制备方法中，步骤2中，所述腐蚀液为含氢氟酸的酸溶液，且腐蚀处理时间为60s。优选的，上述制备方法中，步骤4中，所述真空热压处理的条件为：待温度升至530-600℃时，在1-2min内升高外加压力至11-18MPa，然后保温保压25-35min，最后冷却至室温，热压处理过程中的压下率为5-9％。优选的，上述制备方法中，步骤4中，对于长度或宽度大于100mm的样品，采用真空热轧处理的工艺，真空热轧处理条件为：轧制温度为530-600℃，轧制速度为100-500mm/min，轧制次数为10-13次，压下率为5-9％。优选的，上述制备方法中，轧制完毕后的复合材料在270℃退火处理90-120min。本专利技术中，获得了一种由厚度为10-30μm的氧化铝层和厚度为30-50μm的铝层组成的氧化铝/铝微叠层复合板材，板材的厚度为1-10mm，长度或宽度为50-1000mm，密度为2.9-3.1g/cm3，从而提供了一种氧化铝/铝轻质层状复合材料，尤其能够为大型结构件提供一种大尺寸厚板。氧化铝/铝微叠层复合材料制备采用的微弧氧化-真空热压方法，氧化铝层采用微弧氧化一步制备，耗时仅为10-20min，氧化铝层与铝层基体以微冶金方式结合，同时氧化铝层为多孔结构，有助于实现箔材A与箔材B的界面嵌合，为复合材料提供良好的强韧性；真空热压温度不超过600℃，热压或热轧的核心工艺操作仅需30min左右；同时制得的板材可根据需要进行切割加工，因此具有节能、经济及灵活等工艺优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的方法实施例1采用的箔材A和箔材B截面微观形貌的SEM像；图2为本专利技术的方法实施例1制备的氧化铝/铝微叠层复合材料截面微观形貌放大100倍的SEM像；图3为本专利技术的方法实施例1制备的氧化铝/铝微叠层复合材料截面微观形貌放大200倍的SEM像；图4为本专利技术的方法实施例2制备的氧化铝/铝微叠层复合材料截面微观形貌放大100倍的SEM像；图5为本专利技术的方法实施例2制备的氧化铝/铝微叠层复合材料截面微观形貌放大200倍的SEM像。具体实施方式下面对专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。当实施例给出数值范围时，应理解，除非本专利技术另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本专利技术中使用的所有技术和科学术语与本
技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本
的技术人员对现有技术的掌握及本专利技术的记载，还可以使用与本专利技术实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本专利技术。本专利技术提供的一种氧化铝/铝微叠层复合材料，包括氧化铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化铝/铝微叠层复合材料，其特征在于，包括氧化铝层和铝层，所述氧化铝层与铝层交替叠加形成总层数为40‑400层的层状复合结构；所述氧化铝层厚度为10‑30μm，铝层厚度为30‑50μm。

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝/铝微叠层复合材料，其特征在于，包括氧化铝层和铝层，所述氧化铝层与铝层交替叠加形成总层数为40-400层的层状复合结构；所述氧化铝层厚度为10-30μm，铝层厚度为30-50μm。2.根据权利要求1所述的一种氧化铝/铝微叠层复合材料，其特征在于，所述氧化铝/铝微叠层复合材料为板材，所述板材的厚度为1-10mm，长度或宽度为50-1000mm。3.根据权利要求1所述的一种氧化铝/铝微叠层复合材料，其特征在于，所述氧化铝/铝微叠层复合材料的密度为2.9-3.1g/cm3，抗弯强度为256-319MPa。4.一种如权利要求1-3任一项所述的氧化铝/铝微叠层复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、箔材A的制备采用50μm厚的铝箔作为前驱体，经表面清洁处理并与电源正极连接，然后置于由硅酸盐、磷酸盐及添加剂混合而成的电解液中，在400-550V电压下微弧氧化处理10-20min，得到具有氧化铝层/铝层/氧化铝层三层结构的箔材样品；用去离子水对所述箔材样品进行表面清洗，干燥后得到箔材A；步骤2、箔材B的制备选取厚度为30-50μm的铝箔，在腐蚀液中浸泡60-120s后取出，用去离子水清洗腐蚀处理的铝箔表面，室温干燥后得到箔材B；步骤3、箔材的叠放在箔材长度与宽度相同的条件下，将步骤1得到的箔材A与步骤2得到的箔材B按照ABAB……AB或ABAB……ABA或BABA……BAB的叠层方式由下向上整齐叠放，得到叠层样品；步骤4、叠层样品的热压对叠层样品施加2-3MPa的预压力，待真空度达到1×10-2Pa后开始加热，升温速率为5-10℃/min，升温过程中保持外加压力2-3MPa；待温度升至530-600℃时进行真空热压或...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡辉，张博，孙万昌，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61