纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的制备方法，是将纳米颗粒增强金属基复合材料坯料和空心球密封于钢包套内，中间用穿孔板将其隔离开，第一导气管与坯料端相连，第二导气管与空心球端相连，然后将该钢包套有置于箱式电阻炉内加热，加热过程中通过真空机组抽真空保持钢包套内的真空度，纳米颗粒增强金属基复合材料坯料熔化后形成熔体，通过第一导气管对熔体加载，熔体将通过穿孔板进入到陶瓷空心球之间，最后将钢包套从箱式电阻炉中取出并冷却至室温，通过机械加工的方式去除钢包套，最终制得纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料。本发明专利技术为纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的高效、低成本、高性能制造提供了一条途径。

Preparation of nano particles / hollow spheres composite reinforced metal matrix composites

【技术实现步骤摘要】
纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的制备方法
本专利技术涉及金属基复合材料制备
，特别是涉及一种纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的制备方法。
技术介绍
金属基复合材料是以金属为基体，以陶瓷颗粒、碳纳米管、空心球，短纤维、晶须、长纤维等为增强体的复合材料，它具有密度低、比强度、比刚度高等优点，在航空、航天以及汽车等领域获得了广泛的应用。目前金属基复合材料的制备方法主要有铸造法和粉末冶金法，其中尤以铸造法应用最为广泛，主要包括搅拌铸造法和渗流铸造法。以不同的增强体来制备复合材料，其性能特征不同，所采用的制备工艺也不同，如以纳米颗粒为增强体，通常采用搅拌铸造法来制备，而以空心球为增强体，通常采用渗流铸造法来制备，因此如何发挥不同增强体的效能，在一个工艺过程中制备出高性能的金属基复合材料是一个挑战。为了制备出纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料，目前的制备方法均存在不足之处，如采用搅拌铸造法来制备，由于空心球和金属基体的密度存在差异，空心球将在金属基体中将发生聚集，很难实现均匀分散，且在搅拌过程中，空心球容易发生破碎，从而无法实现空心球的作用。采用渗流铸造法来制备，纳米颗粒无法实现有效的分散，且制备过程复杂，需要多套装备才能实现材料的制备，制备成本较高。
技术实现思路
(1)要解决的技术问题本专利技术为了制备出纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料，提出了一种新的制备方法，解决了传统的制备方法中存在的不足之处，为纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的高效、低成本、高性能制造提供了一条途径。(2)技术方案一种纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的制备方法，将纳米颗粒增强金属基复合材料坯料和空心球按一定的比例密封于钢包套内，中间用穿孔板将其隔离开，所述穿孔板上设置有贯通的小孔，该钢包套有两个导气管，第一导气管与坯料端相连，用于载荷加载，第二导气管与空心球端相连，用于抽真空，然后将该钢包套置于箱式电阻炉内加热，加热过程中通过真空机组抽真空保持钢包套内的真空度，纳米颗粒增强金属基复合材料坯料熔化后形成熔体，通过第一导气管对熔体加载，熔体将通过穿孔板进入到陶瓷空心球之间，最后将钢包套从箱式电阻炉中取出并冷却至室温，通过机械加工的方式去除钢包套，最终制得纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料。作为优选技术方案，所述纳米颗粒增强金属基复合材料坯料采用搅拌铸造或粉末冶金法制得。作为优选技术方案，所述纳米颗粒在纳米颗粒增强金属基复合材料坯料中的质量分数为0.1-10wt％。作为优选技术方案，所述纳米颗粒包括碳化硅纳米颗粒、碳纳米管CNTs，金属基体包括铝合金、铝锂合金、镁合金、镁锂合金。作为优选技术方案，钢包套内金属基复合材料坯料、穿孔板、空心球的加入方法为：将空心球、穿孔板和纳米颗粒增强金属基复合材料按顺序依次装入钢包套内，并用氩弧焊密封好。作为优选技术方案，所述穿孔板上小孔的孔径小于空心球的直径。作为优选技术方案，所述空心球成分为包括SiC、Al2O3、Al2O3/SiO2、B4C、TiC、AlN、ZrO2，空心球的直径0.5-5mm。作为优选技术方案，上述该钢包套置于箱式电阻炉内具体的加热操作为：将钢包套置于箱式电阻炉内，打开真空机组对钢包套抽真空，直至真空度小于10-2pa时，并持续维持此真空度，开始对钢包套加热，待钢包套内温度升至纳米颗粒增强金属基复合材料坯料熔化温度时，保温5-60min，纳米颗粒增强金属基复合材料坯料完全熔化，打开减压阀通入惰性气体，对熔体加载气压，压力0.1-2MPa，保压5-10min，将钢包套从箱式电阻炉中取出，空冷至室温，关闭减压阀和真空机组。。作为优选技术方案，所述惰性气体的纯度为99.99％，惰性气体包括氮气、氩气、氦气。(3)有益效果1.采用搅拌铸造与渗流铸造相结合的方法，可制备出纳米颗粒和空心球复合增强的新型复合材料；2.采用包套法来制备复合材料，所需设备简单，只需箱式电阻炉即可，且制备过程中在真空条件下进行，可确保所制备的材料不受氧化等外在的污染，并且可避免原材料燃烧等，保证制备过程的工艺安全，工艺过程简单，成本低。附图说明图1是本专利技术实施例纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的制备示意图。其中1-高纯惰性气体罐，2-减压阀，3-箱式电阻炉，4-第一导气管，5-钢包套，6-纳米颗粒增强金属基复合材料坯料，7-穿孔板，9-空心球，9-真空表，10-真空机组，11-第二导气管。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。实施例1一种纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的制备方法，包括如下操作步骤：(1)采用搅拌铸造法制得碳化硅纳米颗粒增强LZ91镁锂合金复合坯料，碳化硅纳米颗粒在碳化硅纳米颗粒增强LZ91镁锂合金复合坯料的质量分数为0.5％；(2)将Al2O空心球、Q235钢穿孔板和碳化硅纳米颗粒增强LZ91镁锂合金复合坯料按顺序依次装入Q235钢包套内，并用氩弧焊密封好，穿孔板上设置有贯通的小孔，小孔的孔径d小于空心球的直径D，穿孔板的孔径d为3.5mm，空心球直径D为4mm，该Q235钢包套有两个导气管，第一导气管与坯料端相连，用于载荷加载，第二导气管与空心球端相连，用于抽真空。(3)将Q235钢包套置于箱式电阻炉内，打开真空机组对钢包套抽真空，直至真空度小于10-2pa时，并持续维持此真空度，开始对Q235钢包套加热，待Q235钢包套内温度升至650℃时，保温60min，碳化硅纳米颗粒增强LZ91镁锂合金复合坯料完全熔化，打开减压阀通入氩气，氩气的纯度为99.99％，压力0.1MPa，保压5min，将Q235钢包套从箱式电阻炉中取出，空冷至室温，关闭减压阀和真空机组。(4)利用机械加工的方式去除钢包套，获得纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料。实施例2一种纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的制备方法，包括如下操作步骤：(1)采用粉末冶金法制得碳纳米管CNTs增强铝锂合金复合坯料，碳纳米管CNTs在碳纳米管CNTs增强铝锂合金复合坯料中的质量分数为0.1wt％；(2)将SiC空心球、45#钢穿孔板和碳纳米管CNTs增强铝锂合金复合坯料按顺序依次装入45#钢包套内，并用氩弧焊密封好，45#钢穿孔板上设置有贯通的小孔，小孔的孔径d小于空心球的直径D，45#钢穿孔板的孔径d为0.2mm，空心球直径D为0.5mm，该45#钢包套有两个导气管，第一导气管与坯料端相连，用于载荷加载本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，将纳米颗粒增强金属基复合材料坯料和空心球按一定的比例密封于钢包套内，中间用穿孔板将其隔离开，所述穿孔板上设置有贯通的小孔，该钢包套有两个导气管，第一导气管与坯料端相连，用于载荷加载，第二导气管与空心球端相连，用于抽真空，然后将该钢包套置于箱式电阻炉内加热，加热过程中通过真空机组抽真空保持钢包套内的真空度，纳米颗粒增强金属基复合材料坯料熔化后形成熔体，通过第一导气管对熔体加载，熔体将通过穿孔板进入到陶瓷空心球之间，最后将钢包套从箱式电阻炉中取出并冷却至室温，通过机械加工的方式去除钢包套，最终制得纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，将纳米颗粒增强金属基复合材料坯料和空心球按一定的比例密封于钢包套内，中间用穿孔板将其隔离开，所述穿孔板上设置有贯通的小孔，该钢包套有两个导气管，第一导气管与坯料端相连，用于载荷加载，第二导气管与空心球端相连，用于抽真空，然后将该钢包套置于箱式电阻炉内加热，加热过程中通过真空机组抽真空保持钢包套内的真空度，纳米颗粒增强金属基复合材料坯料熔化后形成熔体，通过第一导气管对熔体加载，熔体将通过穿孔板进入到陶瓷空心球之间，最后将钢包套从箱式电阻炉中取出并冷却至室温，通过机械加工的方式去除钢包套，最终制得纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料。


2.根据权利要求1所述的纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，所述纳米颗粒增强金属基复合材料坯料采用搅拌铸造或粉末冶金法制得。


3.根据权利要求2所述的纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，所述纳米颗粒在纳米颗粒增强金属基复合材料坯料中的质量分数为0.1-10wt％。


4.根据权利要求3所述的纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，所述纳米颗粒包括碳化硅纳米颗粒、碳纳米管CNTs，金属基体包括铝合金、铝锂合金、镁合金、镁锂合金。


5.根据权利要求1所述的纳米颗粒/空心球复合增强金属基复合材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚楚，王耀奇，李晓华，侯红亮，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11