一种纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料制造技术

为了改善粉末合金的硬度、耐磨性，设计了一种纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料。采用雾化铝粉，镁粉和SiC颗粒为原料，所制得的纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。其中，纳米SiC颗粒的加入，SiCp/Al–Mg复合材料的硬度逐渐增加，相对密度和抗拉强度先增加后降低，少量的纳米SiC颗粒经过球磨后可以在基体中得到很好的分散，加入过多的纳米SiC颗粒会在基体中产生团聚现象，使得复合材料的性能降低。纳米SiCp/Al–Mg复合材料颗粒主要强化机制有细晶强化、弥散强化和位错强化三种，使得复合材料产生强化和硬化。本发明专利技术能够为制备高性能的铝镁复合材料提供一种新的生产工艺。

A Nano-SiC Particle Reinforced Al-Mg Composite

In order to improve the hardness and wear resistance of powder alloys, a nano SiC particle reinforced Al-Mg composite was designed. The hardness, densification degree and flexural strength of nano-SiC particle reinforced Al-Mg composites were greatly improved by using atomized Al powder, Mg powder and SiC particles as raw materials. Among them, with the addition of nano-SiC particles, the hardness of SiCp/Al-Mg composites gradually increases, the relative density and tensile strength first increase and then decrease. A small amount of nano-SiC particles can be well dispersed in the matrix after ball milling. Adding too many nano-SiC particles will cause agglomeration in the matrix, which will reduce the performance of the composites. The main strengthening mechanisms of nano-SiCp/Al-Mg composite particles are fine grain strengthening, dispersion strengthening and dislocation strengthening, which result in strengthening and hardening of the composites. The invention can provide a new production process for preparing high-performance Al-Mg composite materials.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料所属
本专利技术涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料。
技术介绍
铝镁合金铝板主要元素是铝，再掺入少量的镁或是其它的金属材料来加强其硬度。以Mg为主要添加元素的铝合金，由于它抗蚀性好，又称防锈铝合金。因本身就是金属，其导热性能和强度尤为突出。铝镁合金铝板质坚量轻、密度低、散热性较好、抗压性较强，能充分满足3C产品高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞及电磁屏蔽和散热的要求。其硬度是传统塑料机壳的数倍，但重量仅为后者的三分之一。碳化硅是用石英砂、石油焦、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅陶瓷的耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系数小，且耐高温，主要应用在功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善粉末合金的硬度、耐磨性，设计了一种纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料的制备原料包括：粒径为15μm的雾化铝粉，粒径为49μm的镁粉，粒径为40nm的SiC颗粒。纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，将制得的粒料进行真空干燥，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至压机中进行压制成形，随后放入真空烧结炉中进行烧结。纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料的检测步骤为：硬度测试采用布氏硬度试验机进行，拉伸试验采用WE00液压万能试验机进行，金相组织采用光学显微镜观察，表面形貌采用JE6510A扫描电镜观察，元素成分采用能谱仪分析。所述的纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料，纳米SiC颗粒的加入，SiCp/Al–Mg复合材料的硬度逐渐增加，相对密度和抗拉强度先增加后降低，当加入纳米SiC颗粒质量分数为1.3%时，复合材料的性能最好，相对密度和抗拉强度分别达到了99.76%和343MPa，分别提高了7%和24%。所述的纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料，少量的纳米SiC颗粒经过球磨后可以在基体中得到很好的分散，加入过多的纳米SiC颗粒会在基体中产生团聚现象，使得复合材料的性能降低。所述的纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料，纳米SiCp/Al–Mg复合材料颗粒主要强化机制有细晶强化、弥散强化和位错强化三种，使得复合材料产生强化和硬化。所述的纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料，Al–Mg基体复合材料主要以韧性断裂为主，加入SiC颗粒后复合材料的断裂方式由基体的韧性断裂转变为基体的韧性断裂和增强颗粒SiC的脆断共同控制，属于一种典型的韧–脆断裂模式。本专利技术的有益效果是：采用雾化铝粉，镁粉和SiC颗粒为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料。其中，纳米SiC颗粒的加入，SiCp/Al–Mg复合材料的硬度逐渐增加，相对密度和抗拉强度先增加后降低，加入过多的纳米SiC颗粒会在基体中产生团聚现象，使得复合材料的性能降低。所制得的纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本专利技术能够为制备高性能的铝镁复合材料提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料的制备原料包括：粒径为15μm的雾化铝粉，粒径为49μm的镁粉，粒径为40nm的SiC颗粒。纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，将制得的粒料进行真空干燥，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至压机中进行压制成形，随后放入真空烧结炉中进行烧结。纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料的检测步骤为：硬度测试采用布氏硬度试验机进行，拉伸试验采用WE00液压万能试验机进行，金相组织采用光学显微镜观察，表面形貌采用JE6510A扫描电镜观察，元素成分采用能谱仪分析。实施案例2：直径较大的颗粒是基体合金粉末颗粒，经过长时间的球磨后基体颗粒变得细小且分布较为均匀。在基体的颗粒表面分布着很多细小的白色颗粒，球磨后包覆在基体颗粒表面的白色小颗粒是纳米SiC颗粒。加入SiC颗粒后平均晶粒尺寸要比基体的平均晶粒尺寸小，说明SiC颗粒的加入可以起到细化晶粒的作用，晶界边缘开始出现较多的黑色区域和点状物质，推测是晶界结合处产生了孔洞和孔隙以及纳米SiC颗粒在晶界发生了团聚，在晶界结合处有孔洞出现，晶界边缘的点状物质主要成分为Al、Mg、Si、C四种元素，证明了纳米SiC颗粒在晶界处发生了团聚。实施案例3：复合材料的相对密度随着SiC颗粒质量分数的增加呈现出先上升后下降的趋势，在SiC颗粒质量分数为2.0%时达到了最高值。相对密度下降的主要原因是由于纳米SiC颗粒的加入在基体中产生了团聚现象，使得制备的复合材料内部产生了孔洞。硬度随着SiC颗粒质量分数的增加而增加，弥散分布在铝镁合金组织的第二相SiC颗粒可以有效阻碍位错的运动，对基体起到强化作用，SiC颗粒的加入可以起到细化晶粒的作用，在一定程度上提高复合材料的硬度，SiC颗粒的硬度较基体要高很多，SiC颗粒的加入可以提高复合材料的硬度。实施案例4：复合材料的抗拉强度随着SiC颗粒的加入先增加后降低，在加入1.0%SiC颗粒时抗拉强度最高，比未添加SiC颗粒的Al–Mg基体提高了14.8%。对于纳米级的陶瓷增强颗粒，只需要添加很少的量就能达到很高的强化效果，而微米级的增强相要添加体积分20%-40%才能达到同等的强化效果。添加了质量分数2.0%的纳米SiC颗粒即达到了最好的强化效果，抗拉强度达到最大值，再增加SiC颗粒含量强化效果开始弱化，抗拉强度逐渐下降。实施案例5：在基体中加入纳米SiC颗粒后，会使基体产生强化可以归结为细晶强化、弥散强化和位错强化三种强化机制，晶粒的尺寸越细，强化效果越好。纳米SiCp/Al–Mg复合材料的平均晶粒尺寸在40μm左右，要小于基体的晶粒尺寸，起到了很好的强化作用。对于含SiC颗粒质量分数大于2.0%的复合材料，由于纳米SiC颗粒发生了团聚现象，使得团聚处内部结构疏松，在进行拉伸时微裂纹优先在团聚处产生并扩展，导致材料强度下降。由于SiC颗粒和基体的热膨胀系数差异很大，在基体中加入SiC颗粒后会产生较大的内应力，形成大量的位错，随着位错密度的增加，使弹性应力场不断增大，位错之间的交互作用不断增强，阻碍位错的运动，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。复合材料的断后延伸率则随着SiC颗粒的增加而减少，纳米颗粒产生团聚，在拉伸时微裂纹优先形核并发展。实施案例6：不添加SiC颗粒Al–Mg复合材料断口处存在不同尺寸的韧窝，说明基体的断裂呈现出韧性断裂的特征，断裂方式主要以韧性断裂为主。随着SiC颗粒质量分数的增加，裂纹的数目也随之增多，并且沿着撕裂棱的表面出现了少量白色颗粒，能谱分析此处多为团聚的纳米SiC颗粒，SiC颗粒承担主要的载荷直至应力超过SiC颗粒的抗拉强度被拉拔断裂，SiC颗粒的断裂属于脆性断裂，加入SiC颗粒后复合材料的断裂方式由基体的韧性断裂转变为基体的韧性断裂和增强颗粒SiC的脆断共同控制，属于一种典型的韧–脆断裂模式。当外加拉伸应力超过SiC的拉伸强度时，SiC颗粒产生断裂而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料的制备原料包括：粒径为15μm的雾化铝粉，粒径为49μm的镁粉，粒径为40nm的SiC颗粒。

【技术特征摘要】
1.纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料的制备原料包括：粒径为15μm的雾化铝粉，粒径为49μm的镁粉，粒径为40nm的SiC颗粒。2.根据权利要求1所述的纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料，其特征是纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，将制得的粒料进行真空干燥，随后加入成形剂进行制粒，将制好的粉末加至压机中进行压制成形，随后放入真空烧结炉中进行烧结。3.根据权利要求1所述的纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料，其特征是纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料的检测步骤为：硬度测试采用布氏硬度试验机进行，拉伸试验采用WE00液压万能试验机进行，金相组织采用光学显微镜观察，表面形貌采用JE6510A扫描电镜观察，元素成分采用能谱仪分析。4.根据权利要求1所述的纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料，其特征是所述的纳米SiC颗粒增强...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明超，
申请(专利权)人：沈阳东青科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21