The invention relates to a preparation method of composite integration of carbon material and aluminium alloy, aiming at the problems of easy agglomeration of carbon material as reinforcement in aluminium alloy matrix, complex preparation process and poor interface reaction, using graphene and carbon nanotubes as reinforcement of aluminium alloy, melting in vacuum atmosphere melting furnace, semi-solid composite stirring mixing in rotary jet stirring furnace, etc. Semi-solid quenching extrusion is used to prepare composite materials to improve the mechanical properties of aluminum alloy matrix. The preparation method is advanced, accurate and accurate, the structure of the composite is compact, and there are no shrinkage defects and shrinkage holes. In metallographic structure, alpha-Al phase consists of spherical and near-spherical grains, dendritic grains disappear basically, grain size is obviously refined, graphene and carbon nanotubes are in aluminum. The alloy matrix has uniform dispersion, good interface bonding, 305 Mpa tensile strength, 7.8% elongation and 98HV hardness. It is an advanced preparation method for composite integration of carbon materials and aluminum alloys.
【技术实现步骤摘要】
一种碳材料与铝合金复合集成的制备方法
本专利技术涉及一种碳材料与铝合金复合集成的制备方法,属有色金属复合材料制备及应用的
技术介绍
铝合金是工业中不可缺少的基础材料,广泛用于国防、航空航天、兵器、汽车、建筑、包装、交通运输、电力、海洋、石油钻探等领域;随着工业化的快速发展,对铝合金的综合性能提出了更高的要求;石墨烯、碳纳米管等碳材料的力学性能和物理性能都远远高于传统的陶瓷颗粒以及金属基体,密度低且同时满足力学性能与物理性能的要求,是理想的铝合金增强体,可以达到高效率强化的效果。然而,研究表明碳材料与铝合金复合集成所制备的复合材料,性能并没有达到预期的效果,原因如下:碳材料与铝合金基体润湿性差、易团聚;制备过程复杂,不易控制,且耗时长成本高;碳材料与金属基体极易发生不良的界面反应;开发新的制备成型技术来实现碳材料与铝合金良好复合,实现对铝合金材料的高性能设计和应用,对国防军工及高尖端领域都极具价值。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是针对
技术介绍
的不足,采用石墨烯和碳纳米管作为铝合金的增强体,经真空气氛熔炼炉熔炼、旋喷搅拌炉内半固态复合搅拌混合、半固态激冷挤压,制得复合材料,以提高铝合金基体的力学性能。技术方案本专利技术使用的化学物质材料为:铝合金、石墨烯、碳纳米管、铝粉、镁粉、无水乙醇、氩气、氮气、二氧化碳、氧化镁脱模剂、石墨润滑油,其准备用量如下:以克、毫升、厘米3为计量单位制备方法如下:(1)制备半固态激冷挤压模具半固态激冷挤压模具用热作模具钢制造,固定模、活动模型腔表面粗糙度均为:Ra0.08-0.16μm;(2)混粉称取石墨烯120 ...
【技术保护点】
1.一种碳材料与铝合金复合集成的制备方法,其特征在于:使用的化学物质材料为:铝合金、石墨烯、碳纳米管、铝粉、镁粉、无水乙醇、氩气、氮气、二氧化碳、氧化镁脱模剂、石墨润滑油,其准备用量如下:以克、毫升、厘米
【技术特征摘要】
1.一种碳材料与铝合金复合集成的制备方法,其特征在于:使用的化学物质材料为:铝合金、石墨烯、碳纳米管、铝粉、镁粉、无水乙醇、氩气、氮气、二氧化碳、氧化镁脱模剂、石墨润滑油,其准备用量如下:以克、毫升、厘米3为计量单位制备方法如下:(1)制备半固态激冷挤压模具半固态激冷挤压模具用热作模具钢制造,固定模、活动模型腔表面粗糙度均为:Ra0.08-0.16μm;(2)混粉称取石墨烯120g±1g、碳纳米管300g±1g、铝粉4250g±1g、镁粉50g±1g,放入到V型混粉机中进行混粉,V型混粉机旋转速率为25r/min,混粉时间为40min,成混合颗粒;(3)球磨将混合颗粒分批次进行球磨,将混合颗粒置于球磨机的球磨罐内,磨球与粉体的体积比为4:1;封闭球磨罐,抽取罐内空气,使球磨罐内压强为2Pa,向球磨罐内通入氩气,使罐内压强保持在1个大气压;开启球磨机进行球磨,球磨时间1.5h,关闭球磨机,停止球磨15min;然后再次开启球磨机,球磨时间1.5h,球磨后成混合粉末;(4)铝合金切块将铝合金20000g±1g置于钢质平板上,用机械切块,块体尺寸≤20mm×40mm×40mm;(5)熔炼铝合金液铝合金液的熔炼是在真空气氛熔炼炉内进行的,是经过预热、氩气气氛保护下熔炼、保温过程来实现的;①清理熔炼坩埚,用金属铲、金属刷清理熔炼坩埚内部,使表面清洁,用无水乙醇清洗熔炼坩埚内表面,使其洁净;②预热铝合金块,将切制的铝合金块置于预热炉内,进行预热,预热温度为235℃,备用;③预热熔炼坩埚,开启真空气氛熔炼炉加热器,预热熔炼坩埚,预热温度275℃,保温15min后关闭真空气氛熔炼炉加热器;④将预热的铝合金块置于预热的熔炼坩埚内,密闭真空气氛熔炼炉;开启真空气氛熔炼炉真空泵,抽取炉内空气,使炉内压强为2Pa;开启真空气氛熔炼炉加热器,当温度升至330℃时,向真空气氛熔炼炉内通入氩气,氩气通入速度200cm3/min,使炉内压强保持在1个大气压,并由真空气氛熔炼炉出气管和真空气氛熔炼炉出气阀调控;继续加热熔炼,熔炼温度730℃±1℃,恒温保温10min;⑤降温至660℃±1℃,恒温保温10min,成铝合金液;(6)半固态合金熔体复合搅拌①密闭旋喷搅拌炉,开启旋喷搅拌炉真空泵,抽取炉内空气,使炉内压强为2Pa;②开启旋喷搅拌炉加热器,预热旋喷搅拌坩埚,预热温度275℃;当温度升至275℃时,开启旋喷搅拌炉进气阀,通过旋喷搅拌炉进气管,向旋喷搅拌炉内通入氩气,氩气通入速度200cm3/min,使炉内压强保持在1个大气压,并由旋喷搅拌炉出气管和旋喷搅拌炉出气阀调控;在275℃保温15min,然后继续加热至585℃,保温10min;③开启真空气氛熔炼炉电磁泵,将铝合金液通过输料管输送到旋喷搅拌坩埚内;调节旋喷搅拌炉内的温度,...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵宇宏,陈利文,李沐奚,候华,张婷,梁建权,李利民,
申请(专利权)人:中北大学,
类型:发明
国别省市:山西,14
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