一种镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法，属于金属基复合材料制备技术领域。该方法为在非晶合金颗粒表面沉积一层均匀的纳米镍颗粒，得到表面镀镍的非晶合金颗粒；将镀镍的非晶合金颗粒与铝基体粉末通过机械球磨法均匀混合，得到复合材料粉末；对复合材料粉末进行冷压成块、烧结、热加工，得到最终的铝基复合材料。本发明专利技术使用镀镍非晶合金颗粒来增强铝基复合材料，一方面可以改善非晶合金颗粒与铝基体之间的界面结合，提高增强相与基体之间界面的润湿性，另一方面利用非晶合金颗粒表面的镍层可以与铝基体反应生成金属间化合物，使非晶合金颗粒与铝基体间的界面结合强度显著提升，进而提高铝基复合材料的力学性能。

Preparation of a Nickel-plated Amorphous Alloy Particle Reinforced Aluminum Matrix Composite

The invention discloses a preparation method of a nickel-plated amorphous alloy particle reinforced aluminium matrix composite material, which belongs to the technical field of metal matrix composite preparation. The method is to deposit a uniform layer of nano-nickel particles on the surface of amorphous alloy particles to obtain the amorphous alloy particles coated with nickel; mix the amorphous alloy particles coated with nickel and the aluminium matrix powder uniformly by mechanical ball milling to obtain the composite powder; cold-pressed, sintered and hot-processed the composite powder to obtain the final aluminium matrix composite material. The invention uses nickel-plated amorphous alloy particles to strengthen the aluminum matrix composite material. On the one hand, the interface bonding between amorphous alloy particles and aluminum matrix can be improved, and the wettability of the interface between the reinforced phase and the matrix can be improved. On the other hand, the nickel layer on the surface of amorphous alloy particles can react with the aluminum matrix to form intermetallic compounds, which can make the interface bonding between amorphous alloy particles and aluminum matrix. The mechanical properties of Al matrix composites are improved by the notable increase of strength.

【技术实现步骤摘要】
一种镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法，属于金属基复合材料制备

技术介绍
金属基复合材料相比金属材料具有很多优良的性能，其中铝基复合材料由于具有低密度、高强度、高的弹性模量以及良好的耐腐蚀性能，被广泛应用于航空航天、交通运输、兵器制造、电气工程、体育器材等诸多领域。提高铝基体的力学性能可以通过添加高强度的陶瓷颗粒增强相（如SiC、Al2O3等）来实现，但由于基体与陶瓷增强相之间会发生界面反应而使界面的结合性差，导致复合材料的力学性能下降。与传统的陶瓷颗粒增强相相比，非晶合金具有高的强度、弹性模量、耐腐蚀性、耐磨性等，而且非晶合金相对稳定，与铝基体不会发生界面反应，作为增强相可以明显的提高复合材料的性能。但是在制备过程中既要通过控制温度来提高非晶合金颗粒与铝基体的界面结合，又要保持非晶合金颗粒不被晶化是比较困难的，因此关于非晶合金增强铝基复合材料的相关研究工作相对较少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法，该方法通过对非晶合金颗粒表面镀镍，改善了基体与增强相之间的界面结合，进而提高非晶增强铝基复合材料的性能，具体包括以下步骤：（1）采用常规方法在非晶合金颗粒表面沉积一层均匀的纳米镍颗粒，得到表面镀镍的非晶合金颗粒，一般采用沉淀-沉积法或化学镀镍法，施镀的时间为（沉积-沉淀一般48h，化学镀镍一般15min）。（2）将镀镍的非晶合金颗粒与铝基体粉末通过机械球磨法均匀混合，得到复合材料粉末；（3）对复合材料粉末进行冷压成块、烧结、热加工，得到最终的铝基复合材料。优选的，本专利技术步骤（1）所述非晶合金颗粒为Fe基非晶合金颗粒、Ti基非晶合金颗粒、Mg基非晶合金颗粒、Al基非晶合金颗粒、Zr基非晶合金颗粒中的一种；所述非晶合金颗粒的粒径大小为16-54μm。优选的，本专利技术步骤（2）中铝基体粉末为纯铝粉或铝合金粉。优选的，本专利技术步骤（2）中镀镍非晶合金颗粒的含量为5vol%-15vol%，铝基体的含量为85vol%-95vol%。本专利技术所述混粉过程只需将表面镀镍的非晶合金颗粒均匀分散到铝基体中即可，由于微米级的非晶合金颗粒较容易在基体中均匀分散，且不破坏非晶合金颗粒表面的镍镀层，一般采用低速短时球磨法使粉末混合均匀，球磨机的转速为100-200rpm，时间为1-2h。优选的，本专利技术步骤（3）中冷压成型的压力为300-500MPa，保压时间为5-15min。优选的，本专利技术步骤（3）中烧结的环境为真空，温度为400-600℃，压力为30-80MPa，保温时间为5-20min；常规的烧结方式均可用于本专利技术，例如放电等离子烧结、热压烧结或者微波烧结。优选的，本专利技术步骤（3）中热加工温度为400-600℃，压力为400-600MPa；常规的热加工工艺均可用于本专利技术，例如热挤压、热轧制或热锻造。本专利技术的有益效果：本专利技术所述的铝基复合材料，不仅将新型的非晶合金材料作为增强相，而且在非晶合金颗粒的表面镀上一层纳米镍颗粒，一方面保留了非晶合金颗粒的优异力学性能，提高了增强相与基体之间界面的润湿性，另一方面非晶合金颗粒表面的镍层与铝基体反应生成的金属间化合物，显著提高了非晶合金颗粒与铝基体间的界面结合强度，使该复合材料的强度相比非晶增强铝基复合材料的强度提高了30%左右。具体实施方式下面结合具体实施例，对本专利技术作详细说明，但不限制本专利技术的保护范围。实施例1本实施例所用原料为：纯铝粉（购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，纯度>99.95%，粒度为25μm），非晶合金颗粒为Fe50Cr25Mo9C13B3（购自广州市万盾非晶经贸有限公司，纯度>99%，粒度16-30μm）。本实施例所述镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）采用沉淀-沉积法在非晶合金颗粒表面沉积一层均匀的纳米镍颗粒：按照镀镍量称取一定量的非晶合金粉与六水硫酸镍放入1L去离子水中，用磁力搅拌器搅拌，同时滴入0.05mol/L的NaOH溶液至中性，静置48h，洗涤、干燥后置于管式炉中，在200℃氮气保护下煅烧4h，随后400℃氢气气氛下还原2h，得到表面镀有纳米镍颗粒的非晶合金粉末。（2）将10vol%的增强相颗粒与90vol%的纯铝粉混合均匀得到复合材料粉末，采用球磨方式混粉，球磨机转速为100rpm，球磨时间为2h。（3）对复合材料粉末进行冷压成块、烧结、热加工，得到最终的铝基复合材料；冷压块体所用仪器为单臂液压机，压力为300MPa，保压时间为15min，压成的块体直径为Φ26mm；烧结方式为放电等离子烧结（SPS），烧结环境为真空，烧结温度为600℃，烧结压力为80MPa，保温时间为5min；热加工方式为热挤压，挤压温度为600℃，压力为500MPa。实验结果分析：在室温下，对本实施例所述镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料进行拉伸力学性、硬度和致密度测试，该复合材料的抗拉强度、硬度和致密度分别达到268MPa、78HV和99.1%。与不镀镍的单纯Fe基非晶合金颗粒增强纯铝基复合材料相比，所得材料的致密度提高；硬度比非晶增强铝基复合材料提高了23%；强度相比非晶增强铝基复合材料提高了22.8%。实施例2本实施例所用原料为：纯铝粉（购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，纯度>99.95%，粒度为25μm），非晶合金颗粒为Ti52Cu20Ni17Al11（纯度>99%，粒度20-30μm）。本实施例所述镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）采用沉淀-沉积法在非晶合金颗粒表面沉积一层均匀的纳米镍颗粒：按照镀镍量称取一定量的非晶合金粉与六水硫酸镍放入1L去离子水中，用磁力搅拌器搅拌，同时滴入0.05mol/L的NaOH溶液至中性，静置48h，洗涤、干燥后置于管式炉中，在200℃氮气保护下煅烧4h，随后400℃氢气气氛下还原2h，得到表面镀有纳米镍颗粒的非晶合金粉末。（2）将5vol%的增强相颗粒与95vol%的纯铝粉混合均匀得到复合材料粉末，采用球磨方式混粉，球磨机转速为200rpm，球磨时间为1h。（3）对复合材料粉末进行冷压成块、烧结、热加工，得到最终的铝基复合材料；冷压块体所用仪器为单臂液压机，压力为400MPa，保压时间为10min，压成的块体直径为Φ26mm；烧结方式为热压烧结，烧结环境为真空，烧结温度为500℃，烧结压力为50MPa，保温时间为20min；热加工方式为热挤压，挤压温度为550℃，压力为400MPa。实验结果分析：在室温下，对本实施例所述镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料进行拉伸力学性能、硬度和致密度测试，该复合材料的抗拉强度、硬度和致密度分别达到259MPa、74HV和98.9%。实施例3本实施例所用原料为：2024铝合金粉（购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，纯度>99.95%，粒度为35μm），非晶合金颗粒为Mg65Cu20Zn5Y10（纯度>98%，粒度30-54μm）。本实施例所述镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）采用化学镀镍法在非晶合金颗粒表面沉积一层均匀的纳米镍颗粒：将非晶合金颗粒浸入硫酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）在非晶合金颗粒表面沉积一层均匀的纳米镍颗粒，得到表面镀镍的非晶合金颗粒；（2）将镀镍的非晶合金颗粒与铝基体粉末通过机械球磨法均匀混合，得到复合材料粉末；（3）对复合材料粉末进行冷压成块、烧结、热加工，得到最终的铝基复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）在非晶合金颗粒表面沉积一层均匀的纳米镍颗粒，得到表面镀镍的非晶合金颗粒；（2）将镀镍的非晶合金颗粒与铝基体粉末通过机械球磨法均匀混合，得到复合材料粉末；（3）对复合材料粉末进行冷压成块、烧结、热加工，得到最终的铝基复合材料。2.根据权利要求1所述的镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述非晶合金颗粒为Fe基非晶合金颗粒、Ti基非晶合金颗粒、Mg基非晶合金颗粒、Al基非晶合金颗粒、Zr基非晶合金颗粒中的一种；所述非晶合金颗粒的粒径大小为16-54μm。3.根据权利要求1所述的镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中铝基体粉末为纯铝粉或铝合金粉。4.根据权利要求1所述的镀镍非晶合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李才巨，关洪达，易健宏，徐尊严，李宁宇，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53