一种高刚度高韧性铝基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高刚度高韧性铝基复合材料及其制备方法，包括以下步骤：将SiC颗粒、SiC晶须加入无水乙醇中超声分散，再加入不锈钢粉末再次超声分散，所得分散液加入球磨罐中，加入Al‑Fe‑V‑Si铝合金粉末球磨，然后真空干燥处理，随后将混合粉末装填、敦实、抽真空，挤压得到Al‑Fe‑V‑Si铝基复合材料。本发明专利技术采用碳化硅颗粒、碳化硅晶须、与不锈钢颗粒协同增强Al‑Fe‑V‑Si合金，能够克服现有铝基复合材料的不足，在提高其强度刚度的同时保有较好的韧性，降低成本的同时制备高性能基材。

A High Stiffness and Toughness Aluminum Matrix Composite and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种高刚度高韧性铝基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及铝基复合材料领域，具体涉及一种高刚度高韧性铝基复合材料的制备方法。
技术介绍
当前，航空、航天、国防、军工等领域对具有优异的室温及高温强度、高模量和低膨胀系数的轻质材料的需求越来越迫切。铝合金是航天、国防工业领域普遍使用的主要材料之一。除火箭、卫星、航天飞机中大量使用铝合金外，鱼雷艇、巡逻艇、护卫舰、坦克、装甲车、军用浮桥、枪支等也广泛使用铝合金以减轻重量和提高使用性能。随着科技发展对材料使用要求的不断提高，传统的铝合金材料的性能越来越难以满足使用要求，需要在铝基体中添加各类增强相以提高其综合性能。Al-Fe-V-Si(如8009铝合金)作为一种新型耐热铝合金，具有良好的力学性能，室温抗拉强度可达450MPa以上，350℃下强度达200MPa，但是随着科技的发展，越来越多的领域需要该材料，导致现有的铝合金材料在抗拉强度的指标上上慢慢的无法满足需求。
技术实现思路
为了满足铝合金材料在鱼雷艇、巡逻艇、护卫舰、坦克、装甲车、军用浮桥、枪支领域上的应用，提高现有材料的综合性能，本专利技术的目的之一是提供一种更加高性能的、适用范围更广的高刚度高韧性铝基复合材料，其实是提供一种该材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高刚度高韧性铝基复合材料，包括以下组分：SiC颗粒5％-10％重量份，SiC晶须1％-10％重量份，不锈钢粉末1％-10％重量份，余量为Al-Fe-V-Si铝合金粉末。优选的，所述SiC颗粒粒径为5-20μm。优选的，所述SiC晶须长度为10-50μm，直径为Φ0.01-2μm。优选的，所述不锈钢粉末颗粒粒径为5-30μm。优选的，所述Al-Fe-V-Si铝合金粉末粒径为10-30μm。一种制备上述复合材料的方法，包括步骤：S1、将SiC颗粒5％-10％重量份、SiC晶须1％-10％重量份加入无水乙醇中，超声分散0.5-1h，再加入不锈钢粉末1％-10％重量份再次超声分散0.5-1h，所得分散液加入球磨罐中，加入Al-Fe-V-Si铝合金粉末，向球磨罐中加入无水乙醇至其浸没粉料和磨球，在封闭状态下球磨4-8h，然后真空干燥处理；S2、将球磨后的混合溶液去球放入鼓风干燥箱中干燥；S3、将干燥后的混合粉末装填进准备好的纯铝包套中敦实，脱气以达到致密化的效果；S4、将制备好的铝锭在420℃下保温4h以确保受热均匀；S5、用800T挤压机挤压成直径为棒材，得到Al-Fe-V-Si铝基复合材料。优选的，干燥温度为40℃。优选的，球料比为5:1，转速为200～250r/min。近年来，一些材料研究工作者基于合金化理论及材料复合理论,采用添加微合金化元素,引入颗粒、晶须增强相等方法来进一步改善Al-Fe-V-Si铝合金的性能,以期望研制出高性能的耐热铝合金材料,拓展铝合金性能稳定的温度范围。但是现有技术中通过在合金基体中添加陶瓷颗粒、晶须、短纤维或碳纤维等单一增强相的方法并不成熟，虽然可以制备出比基体合金具有更高的强度和模量的耐热铝合金基复合材料，但是工艺复杂，不稳定因素太多；根据本专利技术所提出的制备方法，在基体中添加10～15％质量分数的SiC颗粒后，室温强度可以达到450MPa以上，模量可以达到100GPa以上，在370℃下的高温强度达到了220MPa，可以在耐热性能方面代替纯钛或钛合金应用于航空、航天等领域，如导弹壳体、尾翼、各种发动机部件、航天飞行器和超声速飞行器部件等。为了更大程度的提高铝基复合材料的性能，使复合材料的性能能够达到更高、适用更广的范围，比如，高强度(抗拉强度≥450MPa、屈服强度≥400MPa)、高韧性(延伸率≥6％、室温断裂韧度KIC≥24MPa·m1/2)以及高的弹性模量(室温弹性模量≥115GPa)，除了添加SiC颗粒，本专利技术的工艺中还添加有晶须，实现多相添加，晶须由于晶体结构完整、力学强度高、形貌和大小易于控制，被认为是理想的增强铝合金材料之一。晶须的加入不仅能够提高铝基复合材料的耐磨性和热疲劳性，还能有效降低产品的线膨胀系数。Al-Fe-V-Si铝合金可依靠细小弥散耐热相来高温强化,但其弹性模量不高,而通过加入晶须可达到提高弹性模量和蠕变抗力的目的。目前采用的晶须增强体主要包括碳化硅晶须、氧化铝晶须、氮化硅晶须、硼酸铝晶须等，其中SiC晶须作为优选。除此之外，上述方案中的不锈钢粉末为不锈钢316L，由于其含碳量低，拥有良好的耐蚀性且易于热处理，与SiC颗粒会在变形中破碎从而引发微裂纹或微小孔隙不同，不锈钢颗粒能够随变形进行发生内部滑移攀移等，从而减少内部缺陷的产生，在提高材料强度的同时保有较好的韧性，本专利技术中经过实验，还添加有不锈钢316L。单一颗粒或晶须的加入对Al-Fe-V-Si耐热铝合金的某单个力学性能指标的改善是有帮助是容易想到的，受困于现有技术无法提供多相添加的制备工艺，导致获得综合性能指标均优异的复合材料变的极为困难，因此，本专利技术做出了新的制备方法的突破，利用多种类第二相(颗粒、晶须或纤维)混杂增强效应，全面提升Al-Fe-V-Si铝基复合材料的力学性能指标。本专利技术采用碳化硅颗粒、碳化硅晶须、与不锈钢颗粒协同增强Al-Fe-V-Si合金，能够克服现有铝基复合材料的不足，在提高其强度的同时保有较好的韧性，降低成本的同时制备高性能基材。具体实施方式实施例1：将5.8kgSiC颗粒、2kgSiC晶须加入无水乙醇中，超声分散0.5-1h，再加入不锈钢粉末2kg重量份再次超声分散0.5-1h，所得分散液加入球磨罐中，加入Al-Fe-V-Si铝合金粉末90.2kg，向球磨罐中加入无水乙醇至其浸没粉料和磨球，球料比为5:1，转速为200～250r/min，在封闭状态下球磨7h，然后真空干燥处理，然后将球磨后的混合溶液去球放入鼓风干燥箱中40度干燥，将干燥后的混合粉末装填进准备好的纯铝包套中敦实，脱气以达到致密化的效果；将制备好的铝锭在420℃下保温4h以确保受热均匀；用800T挤压机挤压成直径为棒材，得到Al-Fe-V-Si铝基复合材料。实施例2：将7kgSiC颗粒、4kgSiC晶须加入无水乙醇中，超声分散0.5-1h，再加入不锈钢粉末4kg重量份再次超声分散0.5-1h，所得分散液加入球磨罐中，加入Al-Fe-V-Si铝合金粉末85kg，向球磨罐中加入无水乙醇至其浸没粉料和磨球，球料比为5:1，转速为200～250r/min，在封闭状态下球磨7h，然后真空干燥处理，然后将球磨后的混合溶液去球放入鼓风干燥箱中40度干燥，将干燥后的混合粉末装填进准备好的纯铝包套中敦实，脱气以达到致密化的效果；将制备好的铝锭在420℃下保温4h以确保受热均匀；用800T挤压机挤压成直径为棒材，得到Al-Fe-V-Si铝基复合材料。实施例3：将9kgSiC颗粒、2kgSiC晶须加入无水乙醇中，超声分散0.5-1h，再加入不锈钢粉末2kg重量份再次超声分散0.5-1h，所得分散液加入球磨罐中，加入Al-Fe-V-Si铝合金粉末87kg，向球磨罐中加入无水乙醇至其浸没粉料和磨球，球料比为5:1，转速为200～250r/min，在封闭状态下球磨7h，然后真空干燥处理，然后将球磨后的混合溶液去球放入鼓风干燥箱中40度干燥，将干燥后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高刚度高韧性铝基复合材料，其特征在于，包括以下组分：SiC颗粒5％‑10％重量份，SiC晶须1％‑10％重量份，不锈钢粉末1％‑10％重量份，余量为Al‑Fe‑V‑Si铝合金粉末。

【技术特征摘要】
1.一种高刚度高韧性铝基复合材料，其特征在于，包括以下组分：SiC颗粒5％-10％重量份，SiC晶须1％-10％重量份，不锈钢粉末1％-10％重量份，余量为Al-Fe-V-Si铝合金粉末。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述SiC颗粒粒径为5-20μm。3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述SiC晶须长度为10-50μm，直径为Φ0.01-2μm。4.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述不锈钢粉末颗粒粒径为5-30μm。5.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述Al-Fe-V-Si铝合金粉末粒径为10-30μm。6.一种制备上述复合材料的方法，包括步骤：S1、将SiC颗粒5％-10％重量份、SiC晶须1％-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕杰，沙金洋，
申请(专利权)人：江苏金洋机械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32