一种纳米陶铝复合材料粉末及其制备方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种纳米陶铝复合材料粉末及其制备方法和装置，包括如下组分及其体积份数：铝合金粉末1‑10份、陶瓷纳米颗粒90‑99份，所述铝合金粉末为纯铝、6061铝合金、2024铝合金或7075铝合金，所述陶瓷纳米颗粒为粒径为1‑50nm的碳化硅、氧化铝、氮化硼或二硼化钛，经干燥、球磨、钝化后即得产品。本发明专利技术产品附加价值高，原料低廉，且制备方法高效，设备简单，通过调控球磨时间和原料的比例能够调控最终产品的粒径和结构，有利于工业化大规模生产。

A nano-ceramic-aluminium composite powder and its preparation method and device

【技术实现步骤摘要】
一种纳米陶铝复合材料粉末及其制备方法和装置
本专利技术涉及复合材料制造
，具体涉及一种纳米陶铝复合材料粉末及其制备方法和装置。
技术介绍
金属基复合材料起源于20世纪50年代末期，现在已经发展成为一种重要的工程应用材料。颗粒增强金属基复合材料多采用金属或合金为基体，陶瓷颗粒为增强相，结合了金属基体的高塑性和陶瓷增强相的高强度，具有良好的综合性能优势，包括高比强度、高弹性模量、高疲劳强度、高蠕变抗力、高耐磨和低热膨胀率等，已经被广泛应用于汽车制造、航空、船舶等领域。随着粉末冶金成型技术和3D打印、金属粉末注射成型等近静成型技术的发展，纳米颗粒增强金属基复合材料粉末的制备得到了更广泛的关注和研究。传统的制备复合材料粉末的方法是首先通过铸造成形方法，例如：搅拌铸造法、原位自生法、挤压铸造法等获得复合材料块体，再通过气相法，比如惰性气体蒸发冷凝法，在低压Ar、He等惰性气体中加热复合材料金属块，使其蒸发后快速冷凝形成粉末，还可通过雾化法，利用惰性气体吹散、粉碎熔融金属，冷凝得到复合材料粉末。此种方法优点是：粒径可控，纯度较高，可制得纳米金属粉末，表面清洁，粉末团聚少。但是存在强化相与液相金属不易润湿，难以使颗粒在液相中均匀分布的缺点，还会引起不良的界面反应。而且，该方法步骤复杂、设备投入大、制造成本高。因此，本领域的技术人员致力于开发一种纳米陶铝复合材料粉末及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种纳米陶铝复合材料粉末及其制备方法和装置，采用铝合金粉末和陶瓷纳米颗粒为原料，通过高能球磨、钝化制备，产品附加价值高，原料低廉，且制备方法高效，设备简单，通过调控球磨时间和原料的比例能够调控最终产品的粒径和结构，有利于工业化大规模生产。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种纳米陶铝复合材料粉末，包括如下组分及其体积份数：铝合金粉末1-10份、陶瓷纳米颗粒90-99份，所述铝合金粉末为纯铝、6061铝合金、2024铝合金或7075铝合金，所述陶瓷纳米颗粒为粒径为1-50nm的碳化硅、氧化铝、氮化硼或二硼化钛。一种纳米陶铝复合材料粉末的制备方法，包括以下步骤：1）将铝合金粉末与陶瓷纳米颗粒的混合物放置于真空干燥箱内干燥；2）在充满氩气的手套箱中，将干燥后的混合物装入球磨罐中，加入0.01wt.%-5wt.%的硬脂酸，并向球磨罐内充入氩气，进行高能球磨；3）在充满氩气的所述手套箱中，打开球磨罐，并转移到过渡仓中进行钝化，即得产品纳米陶铝复合材料粉末。根据以上方案，所述步骤1）中干燥的温度为30-120℃，干燥时间为1-12h。根据以上方案，所述氩气中氧含量低于1000ppm，所述球磨采用行星式球磨机、搅拌式球磨机或振动式球磨机，磨球与铝合金粉末和陶瓷纳米颗粒混合物的质量比为1:1-50:1。当选用行星式球磨机时，磨球选用高铬钢球或不锈钢球，磨球直径为5-25mm。根据以上方案，所述球磨的步骤为：先以50-200rpm球磨0.5-6h，使所述铝合金粉末和陶瓷纳米颗粒混合物混合均匀，随后在200-500rpm下球磨6-48h。根据以上方案，所述钝化的过程为：将所述过渡仓抽真空后充入空气，使球磨罐静置5-10min，然后再次充入空气并静置，重复3次以上。一种纳米陶铝复合材料粉末制备装置，包括：干燥模块，用于将铝合金粉末与陶瓷纳米颗粒的混合物放置于真空干燥箱内干燥；高能球磨模块，用于在充满氩气的手套箱中，将干燥后的混合物装入球磨罐中，加入0.01wt.%-5wt.%的硬脂酸，并向球磨罐内充入氩气，进行高能球磨；获得模块，用于在充满氩气的所述手套箱中，打开球磨罐，并转移到过渡仓中进行钝化，获得纳米陶铝复合材料粉末。根据以上方案，所述高能球磨模块，在充满氩气的手套箱，所述氩气中氧含量低于1000ppm，所述球磨采用行星式球磨机、搅拌式球磨机或振动式球磨机，磨球与铝合金粉末和陶瓷纳米颗粒混合物的质量比为1:1-50:1。根据以上方案，所述干燥模块中干燥的温度为30-120℃，干燥时间为1-12h。根据以上方案，所述高能球磨模块先以50-200rpm球磨0.5-6h，随后在200-500rpm下球磨6-48h。本专利技术的纳米陶铝复合材料粉末的形貌为不规则多边形，粒度分布在10-500μm之间。本专利技术的纳米陶铝复合材料粉末为碳化硅纳米颗粒增强铝基复合材料粉末、氧化铝纳米颗粒增强铝基复合材料粉末、氮化硼纳米颗粒增强铝基复合材料粉末或二硼化钛纳米颗粒增强铝基复合材料粉末。本专利技术基于高能机械球磨法，直接将金属粉末和强化相纳米颗粒混合，通过研磨介质高速撞击与研磨，从而有效地将强化相纳米颗粒均匀的分布在金属粉末中，从而解决了金属基复合材料制备中强化相颗粒难以均匀弥散的难题。同时，在高速撞击下，金属粉末颗粒反复发生高应变和高应变率塑性变形，断裂、冷汗等行为，从而有效地细化颗粒内部的晶粒；利用机械能降低反应活化能，提高粉末活性，促进固态离子扩散，诱发低温化学反应；还可以通过球磨参数来调整粉末粒度、内部晶体结构和材料性能。本专利技术的有益效果是：1）本专利技术通过高能球磨的方式把铝合金粉末和陶瓷纳米颗粒均匀混合，同时把显微结构进一步细化到纳米级，从而得到更高价值的纳米陶铝复合材料粉末，且原料低廉，用此种复合材料粉末作为原料，通过热机械固结，如预烧结的粉末压坯的热锻和热挤压，可以得到具有优异性能，如高强度、良好韧塑性，且具有高价值的超细结构材料型材和零部件；2）本专利技术的制备方法高效，通过调控球磨时间和原料的比例能够调控最终产品的粒径和结构，且设备简单，投资低，能耗低，运行成本低，适用于工业大规模的生产。附图说明图1是本专利技术实施例1产品的扫描电子显微镜图；图2是本专利技术实施例2产品的粒度分布图；图3是本专利技术实施例3产品的粒度分布图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术的技术方案进行说明。实施例1，见图1：本专利技术提供一种纳米陶铝复合材料粉末及其制备方法，包括以下步骤：1）将6061铝合金粉末5ml和碳化硅纳米颗粒95ml的混合物放置于真空干燥箱内，在100℃，干燥6h；2）在充满氩气（氧含量低于1000ppm）的手套箱中，将干燥后的混合物装入球磨罐中，加入1wt.%的硬脂酸，并向球磨罐内充入氩气，在行星式球磨机进行高能球磨，磨球为直径为20mm的不锈钢球，磨球和混合物的质量比为20:1：先以200rpm球磨2h，使所述铝合金粉末和陶瓷纳米颗粒混合物混合均匀，随后在500rpm下球磨12h；3）在充满氩气的所述手套箱中，打开球磨罐，并转移到过渡仓中进行钝化：将所述过渡仓抽真空后充入空气，使球磨罐静置8min，然后再次充入空气并静置，重复4次，即得产品纳米陶铝复合材料粉末。将本实施例制备的纳米陶铝复合材料粉末的扫描电子显微镜图，如图1所示，从图中可以看出纳米陶铝复合材料粉末的形貌为不规则多边形。实施例2，见图2：本专利技术提供一种纳米陶铝复合材料粉末及其制备方法，包括以下步骤：1）将7075铝合金粉末3ml和碳化硅纳米颗粒97ml的混合物放置于真空干燥箱内，在120℃，干燥3h；2）在充满氩气（氧含量低于1000ppm）的手套箱中，将干燥后的混合物装入球磨罐中，加入1wt.%的硬脂酸，并向球磨罐内充入氩气，在行星式球磨机进行高能球磨，磨球为直径为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米陶铝复合材料粉末，其特征在于，包括如下组分及其体积份数：铝合金粉末1‑10份、陶瓷纳米颗粒90‑99份，所述铝合金粉末为纯铝、6061铝合金、2024铝合金或7075铝合金，所述陶瓷纳米颗粒为粒径为1‑50nm的碳化硅、氧化铝、氮化硼或二硼化钛。

【技术特征摘要】
1.一种纳米陶铝复合材料粉末，其特征在于，包括如下组分及其体积份数：铝合金粉末1-10份、陶瓷纳米颗粒90-99份，所述铝合金粉末为纯铝、6061铝合金、2024铝合金或7075铝合金，所述陶瓷纳米颗粒为粒径为1-50nm的碳化硅、氧化铝、氮化硼或二硼化钛。2.一种权利要求1所述的纳米陶铝复合材料粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将铝合金粉末与陶瓷纳米颗粒的混合物放置于真空干燥箱内干燥；2）在充满氩气的手套箱中，将干燥后的混合物装入球磨罐中，加入0.01wt.%-5wt.%的硬脂酸，并向球磨罐内充入氩气，进行高能球磨；3）在充满氩气的所述手套箱中，打开球磨罐，并转移到过渡仓中进行钝化，获得纳米陶铝复合材料粉末。3.根据权利要求2所述的纳米陶铝复合材料粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中干燥的温度为30-120℃，干燥时间为1-12h。4.根据权利要求2所述的纳米陶铝复合材料粉末的制备方法，其特征在于，所述氩气中氧含量低于1000ppm，所述球磨采用行星式球磨机、搅拌式球磨机或振动式球磨机，磨球与铝合金粉末和陶瓷纳米颗粒混合物的质量比为1:1-50:1。5.根据权利要求2所述的纳米陶铝复合材料粉末的制备方法，其特征在于，所述球磨的步骤为：先以50-200rpm球磨0.5-6h，随后在200-500...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤超，蔡炜，王利民，何卫，姚辉，孟晓明，吴细毛，楼平，陈思敏，陈胜男，
申请(专利权)人：武汉南瑞电力工程技术装备有限公司，南瑞集团有限公司，国网辽宁省电力有限公司，国网浙江省电力有限公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42