一种耐高温低热膨胀系数的铝基/PMOS基复合层状材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高温低热膨胀系数的铝基/PMOS基复合层状材料的制备方法，包括以下步骤：首先制得PMOS/莫来石/Si3N4杂化材料，然后通过在Al‑Cu‑Mg‑Si合金中加入Fe、Ni或Ag、Si3N4，制得铝基复合材料，最后将制得的PMOS/莫来石/Si3N4杂化材料、铝基复合材料、PMOS/莫来石/Si3N4杂化材料复合制得层状材料，层与层之间采用粘合层材料粘结而成，制得的层状材料在200‑400℃热处理，制得铝基/PMOS基复合层状材料。该发明专利技术制得的复合层状材料力学性能好，强度大，耐高温性能优异，热膨胀系数低。

Preparation method of aluminium base /PMOS composite layered material with high temperature resistance and low thermal expansion coefficient

The invention discloses a method for preparing high temperature resistant low coefficient of thermal expansion of aluminum matrix composite /PMOS layered material, which comprises the following steps: firstly prepared PMOS/ mullite /Si3N4 hybrid materials, and then by adding Fe, Ni or Ag, Si3N4 in Al Cu Mg Si alloy, prepared aluminum matrix composite at the end of material, the prepared PMOS/ mullite /Si3N4 hybrid materials, aluminum matrix composite, PMOS/ mullite /Si3N4 composite hybrid materials prepared layered material between layers using adhesive bonding layer material, layered materials prepared in 200 400 degrees of heat treatment, prepared aluminum matrix composite layered /PMOS material. The composite layered material prepared by the invention has good mechanical properties, high strength, high temperature resistance and low thermal expansion coefficient.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温低热膨胀系数的铝基/PMOS基复合层状材料的制备方法
：本专利技术涉及复合材料领域，具体的涉及一种耐高温低热膨胀系数的铝基/PMOS基复合层状材料的制备方法。
技术介绍
：在全世界要求节能环保的形势下，汽车工业向着低能耗、轻量化方向快速发展。以铝代钢是汽车轻量化方面一项重要的措施，铝合金材料不仅密度小，具有优异的耐腐蚀性、可焊接性能、吸能防震性能、成型性能和良好的表面处理性能等特点，而且易于回收再利用，是汽车工业实现减重、节能、环保和安全的首选材料。汽车上应用的铝部件主要为发动机和传动装置、热交换器、轮毂、车底盘和悬吊件、防护罩和车体结构件等。向铝中添加Mg、Si、Cu、Zn、Ni等元素配以适当的生产工艺可以获得高强度的铝合金材料，现在车用铝合金的强度可以达到500MPa以上，跟高强钢(力学性能在500～700MPa)相差不多，所以铝合金材料具有更高的比强度。有文献指出，在等强度设计条件下，使用铝合金制造的车辆，可使发动机气缸体和气缸盖减重30％～40％，全铝车身比钢车身轻40％以上，铝合金车轮减重达50％左右。Al-Mg-Si-Cu合金是在Al-Mg-Si合金的基础上发展起来的，相对于Al-Mg-Si合金具有优良的力学性能，在抗蚀性和成形性等方面也表现出良好综合性能，可以高速挤压成结构复杂、薄壁、中空的各种型材或锻造成结构复杂的锻件。但是其耐高温性能以及热膨胀性能有待提高，且耐化学腐蚀性能差。有机硅是一种无机有机杂化材料，兼具无机材料和有机聚合物的特性，例如耐高温性能好，又具有良好的耐候、耐臭氧、抗电弧、电器绝缘性、耐化学品腐蚀等性能，但是在500℃以上的应用环境中很难兼顾良好的耐高温性能与方便的室温固化性能。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种耐高温低热膨胀系数的铝基/PMOS基复合层状材料的制备方法，工艺条件温和，易于操作，制得的材料耐磨性能好，强度大，耐高温和热膨胀性能优异。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种耐高温低热膨胀系数的铝基/PMOS基复合层状材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将PMOS、催化剂、莫来石粉体，Si3N4粉末加入到三辊研磨机中研磨混合，然后转移至模具中，在室温条件下固化处理2-6h，然后在200-700℃下热处理2-6h，制得PMOS/莫来石/Si3N4杂化材料；(2)将Al锭、Cu锭、Mg锭、Si块、X组元按比例进行配置，在真空炉中，750-950℃、真空度≤10-2Pa的条件下进行熔炼，制得Al-Cu-Mg-Si-X合金坯锭，然后对其进行气雾化制粉得到Al-Cu-Mg-Si-X雾化粉末；(3)将上述制得的Al-Cu-Mg-Si-X雾化粉末和Si3N4粉末加入到三辊研磨机中研磨混合均匀，并将混合好的Si3N4/Al-Cu-Mg-Si-X粉末在压力100-200MPa，保压时间为10-30min的条件下进行冷静压成型，将冷等静压后的坯锭装入金属包套内，420-560℃下进行真空除气30-90min，然后对真空除气后的坯锭进行挤压成型，然后对挤压成型后的坯料进行固溶时效处理强化，得到铝基复合材料；(4)将上述制得的PMOS/莫来石/Si3N4杂化材料、铝基复合材料、PMOS/莫来石/Si3N4杂化材料复合制得层状材料，层与层之间采用粘合层材料粘结而成，制得的层状材料在200-400℃热处理，制得铝基/PMOS基复合层状材料；其中，步骤(2)中，所述X组元为Fe、Ni、Ag、Fe-Ni、Fe-Ag、Ni-Ag、Fe-Al、Ni-Al中的一种。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述PMOS、催化剂、莫来石粉体，Si3N4粉末的质量比为(5-8)：(0.05-0.1)：1:1。作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述Al锭、Cu锭、Mg锭、Si块、X组元按重量百分比计，其含量分别为：Cu3.0-6.0％，Mg0.8-1.8％，Si16-25％，X0.1-7％，余量为Al。作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述气雾化制粉的条件为：Al-Cu-Mg-Si-X合金坯锭的温度为750-950℃，保温时间为10-15min，气雾化浇注温度为750-950℃，雾化时的保护气氛为氮气、氩气、氦气中的一种。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述Si3N4的粒径大小为1-5μm，其表面涂覆一层铜薄膜，铜薄膜的厚度为2-8nm。作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，层状材料中，PMOS/莫来石/Si3N4杂化材料、铝基复合材料、PMOS/莫来石/Si3N4杂化材料的厚度分别为(1-2)mm：5mm：(1-2)mm。作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述粘合层材料以重量份计，由氧化铝粉末1-2份、纳米氮化硅6-11份、硅酸钠溶液35-50份组成。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述固溶时效处理的条件为：固溶温度为450-520℃，保温时间为1-3h；水冷，水温为20-30℃，时效温度为160-220℃，保温时间为2-10h。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述挤压成型的条件为：挤压坯料加热温度为420-520℃，挤压模具温度为400-500℃，挤压比为(10-30)：1。有机硅是一种无机-有机杂化材料，兼具无机材料和有机聚合物的特性，例如耐高温性能好，又具有良好的耐候、耐臭氧、抗电弧、电器绝缘性、耐化学品腐蚀等性能，但是在500℃以上的应用环境中很难兼顾良好的耐高温性能与方便的室温固化性能。聚甲氧基有机硅树脂(PMOS)，其分子链上大量的甲氧基在室温下通过水解缩合反应生成高交联网络结构，为了提高其耐高温和热膨胀性能，本专利技术采用莫来石和氮化硅对其进行改性，莫来石随着温度的升高会有所生长，其与氮化硅均匀的分散在PMOS中，有效改善了PMOS的热膨胀和耐高温性能。Al-Cu-Mg-Si材料具有比重低、强度高、容易塑性加工，热膨胀系数小、震动小等综合性能，但是目前的Al-Cu-Mg-Si材料的室温强度仅为300-400MPa，高温强度在200MPa左右，为了进一步提高其强度和热膨胀性能，本专利技术在Al-Cu-Mg-Si材料中加入适量的Fe、Ni或Ag，其在合金材料中可以通过形成AlFe、AlFeNi相，有效提高了材料的耐热性能，而Si3N4的加入有效提高了材料的硬度，从而提高了材料的耐磨性能。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术在Al-Cu-Mg-Si合金材料中加入一定量的Fe、Ni或Ag元素以及Si3N4颗粒，有效改善材料强度和热膨胀系数的同时还提高了材料的耐磨性能，而且本专利技术在保证材料力学性能的前提下有小提高了Si的含量，使得材料的线膨胀系数大大降低；(2)本专利技术制得的铝基复合材料中，Al-Cu-Mg-Si-X的体积分数为90-99.9％，Si3N4的体积分数为0.1-10％，所述材料中Si颗粒和耐热相尺寸不大于5μm，材料密度为2.72-2.85g/cm3；(3)层状材料中的PMOS/莫来石/Si3N4杂化材料，电绝缘性能好，耐化学品腐蚀性能优异，在其制备过程中，随着温度的升高，PMOS/莫来石/Si3N4杂化材料中的有机硅基体发生降解，莫来石晶体生长，材料的无机化使得整个杂化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温低热膨胀系数的铝基/PMOS基复合层状材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将PMOS、催化剂、莫来石粉体，Si3N4粉末加入到三辊研磨机中研磨混合，然后转移至模具中，在室温条件下固化处理2‑6h，然后在200‑700℃下热处理2‑6h，制得PMOS/莫来石/Si3N4杂化材料；(2)将Al锭、Cu锭、Mg锭、Si块、X组元按比例进行配置，在真空炉中，750‑950℃、真空度≤10

【技术特征摘要】
1.一种耐高温低热膨胀系数的铝基/PMOS基复合层状材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将PMOS、催化剂、莫来石粉体，Si3N4粉末加入到三辊研磨机中研磨混合，然后转移至模具中，在室温条件下固化处理2-6h，然后在200-700℃下热处理2-6h，制得PMOS/莫来石/Si3N4杂化材料；(2)将Al锭、Cu锭、Mg锭、Si块、X组元按比例进行配置，在真空炉中，750-950℃、真空度≤10-2Pa的条件下进行熔炼，制得Al-Cu-Mg-Si-X合金坯锭，然后对其进行气雾化制粉得到Al-Cu-Mg-Si-X雾化粉末；(3)将上述制得的Al-Cu-Mg-Si-X雾化粉末和Si3N4粉末加入到三辊研磨机中研磨混合均匀，并将混合好的Si3N4/Al-Cu-Mg-Si-X粉末在压力100-200MPa，保压时间为10-30min的条件下进行冷静压成型，将冷等静压后的坯锭装入金属包套内，420-560℃下进行真空除气30-90min，然后对真空除气后的坯锭进行挤压成型，然后对挤压成型后的坯料进行固溶时效处理强化，得到铝基复合材料；(4)将上述制得的PMOS/莫来石/Si3N4杂化材料、铝基复合材料、PMOS/莫来石/Si3N4杂化材料复合制得层状材料，层与层之间采用粘合层材料粘结而成，制得的层状材料在200-400℃热处理，制得铝基/PMOS基复合层状材料；其中，步骤(2)中，所述X组元为Fe、Ni、Ag、Fe-Ni、Fe-Ag、Ni-Ag、Fe-Al、Ni-Al中的一种。2.如权利要求1所述的一种耐高温低热膨胀系数的铝基/PMOS基复合层状材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。3.如权利要求1所述的一种耐高温低热膨胀系数的铝基/PMOS基复合层状材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述PMOS、催化剂、莫来石粉体，Si3N4粉末的质量比为(5-8)：(0.05-0.1)：1:1。4.如权利要求1所述的一种耐高温低热膨胀系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭和谦，
申请(专利权)人：郭和谦，
类型：发明
国别省市：广东,44