一种铝基复合材料锻件及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种铝基复合材料锻件，其成分及其质量百分比为：金刚烷0.1‑5％、TiB

【技术实现步骤摘要】
一种铝基复合材料锻件及其制备方法
本专利技术涉及铝合金
，具体涉及一种铝基复合材料锻件及其制备方法。
技术介绍
铝基复合材料主要以纯铝或铝合金为基体，通过添加颗粒、纤维或晶须等物质以达到改善合金基体组织、提高材料性能的目的。铝基复合材料具有高的比强度、比模量、良好的导电导热和高温性能，已经在航空航天、汽车和微电子等领域获得应用并引起越来越多的关注。颗粒增强铝基复合材料具有高的比强度、高的比模量，热膨胀系数小，以及良好的耐高温性及耐磨性等优点，现已作为轻量化结构材料广泛的应用于航空航天、交通运输等领域。近年来，随着国内航空航天事业及汽车、电子行业的迅猛发展，对颗粒增强铝基复合材料的需求量正逐年增加。颗粒增强铝基复合材料的主要制备工艺有粉末冶金、喷射沉积、挤压铸造、搅拌铸造等工艺。采用粉末冶金法制备的复合材料性能优异，但其工艺流程长，工序复杂，金属粉末成本高，增强相与粉末混合易产生爆炸；同时，制品的尺寸也受到限制。挤压铸造法工艺的缺点在于预制块在压力作用下易变形，制得的复合材料微观结构不均匀，晶粒尺寸也比较大，有害界面反应难以控制。喷射沉积制备法成本高，设备复杂，不利于实现产业化。而搅拌铸造法具有成本较低，工艺流程短，易于实现批量生产的优点。半固态搅拌铸造是目前应用比较广泛的颗粒增强铝基复合材料的制备工艺，但半固态搅拌铸造存在颗粒分布不均匀、卷气等问题。而为了解决这一问题，真空搅拌已经被使用。但真空搅拌设备成本高、难以批量化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种铝基复合材料锻件及其制备方法，具有良好的力学性能、耐磨损性能、高温锻造性能，具有广阔的应用前景。本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供一种铝基复合材料锻件，其成分及其质量百分比为：金刚烷0.1-5％、TiB2陶瓷纤维改性氧化石墨烯1-5％、Si1-5％、Cu0.5-2％、Ni0.2-0.5％、V0.1-0.5％、Fe0.2-0.4％、La0.01-0.1％、Pr0.03-0.07％、余量为Al；所述TiB2陶瓷纤维改性氧化石墨烯由以下方法制备而成：S1.制备氧化石墨烯：称取石墨片在冰浴条件下，滴加浓硫酸并机械搅拌10-20min，同时分批加入高锰酸钾，使得反应温度不高于5℃，物料加完后，常温反应1-3h，再升温至30-40℃下恒温反应1-3h，然后加入去离子水并控制温度为90-100℃，保持10-40min后冷却，最后加入去离子水稀释，滴加20-40wt％的H2O2至液体由褐色变为黄色，静置5-10h后，用5-10wt％的盐酸及适当的去离子水离心洗涤至无硫酸根离子，样品收集待用；S2.TiB2陶瓷纤维的制备：TiOCl2在水中溶解，边搅拌边加入到硼酸-乙醇-水溶液中，再加入葡萄糖-柠檬酸水溶液，混合均匀，调节pH值为2-5，搅拌反应2-4h，得前驱体溶液；室温下，将上述前驱体溶液与表面活性剂混合均匀后，即得TiB2陶瓷纤维静电纺丝液，静电纺丝得到TiB2陶瓷纤维的前驱体，前驱体纤维在静态炉中氩气气氛下裂解得到TiB2陶瓷纤维；S3.TiB2陶瓷纤维改性氧化石墨烯的制备：称取氧化石墨烯于水中超声分散，加入硅烷偶联剂混合搅拌均匀，调节pH为3-5，恒温水浴反应2-5h，将TiB2陶瓷纤维加入体系中，搅拌10-30min后在加热至50-70℃反应30-50min，得到TiB2陶瓷纤维改性氧化石墨烯。作为本专利技术的进一步改进，其成分及其质量百分比为：金刚烷0.5-3.5％、TiB2陶瓷纤维改性氧化石墨烯2-4％、Si2-4％、Cu1-1.5％、Ni0.3-0.4％、V0.2-0.4％、Fe0.25-0.35％、La0.05-0.07％、Pr0.04-0.06％、余量为Al。作为本专利技术的进一步改进，其成分及其质量百分比为：金刚烷2.5％、TiB2陶瓷纤维改性氧化石墨烯3％、Si3％、Cu1.2％、Ni0.35％、V0.3％、Fe0.3％、La0.06％、Pr0.05％、余量为Al。作为本专利技术的进一步改进，所述无硫酸根离子的判断方法为取少量水洗液加入1-2mol/L的氯化钡溶液中，若无沉淀产生，则表明无硫酸根离子。作为本专利技术的进一步改进，所述石墨片、浓硫酸、高锰酸钾、20-40wt％的H2O2的质量比为10：(1-5)：(0.2-1)：(10-20)；所述浓硫酸的质量百分数大于98％。作为本专利技术的进一步改进，所述TiOCl2和硼酸-乙醇-水溶液的固液比为1：(3-5)g/mL，所述硼酸-乙醇-水溶液中硼酸含量为15-30wt％，乙醇含量为5-25wt％，余量为水；所述葡萄糖-柠檬酸水溶液和硼酸-乙醇-水溶液的体积比为(3-5)：1；所述葡萄糖-柠檬酸水溶液中葡萄糖的含量为35-55wt％，柠檬酸含量为12-25wt％；所述TiOCl2和表面活性剂的质量比为10：(1-2)；所述裂解温度为300-400℃。作为本专利技术的进一步改进，所述表面活性剂选自月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、单月桂基磷酸酯、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯钾、椰油酸单乙醇酰胺、椰油酸二乙醇酰胺、椰油酰胺丙基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱中的一种或几种混合；所述硅烷偶联剂选自KH550、KH560、KH570、KH580、KH602、KH792中的一种或几种混合。作为本专利技术的进一步改进，所述氧化石墨烯、TiB2陶瓷纤维和硅烷偶联剂的质量比为10：(3-5)：(0.1-0.5)。本专利技术进一步保护一种上述铝基复合材料锻件的制备方法，包括以下步骤：S1.按比例称取Si、Cu、Ni、V、Fe、La、Pr、Al原料单质，加入感应炉中加热熔化、精炼和脱气，采用超音速气体雾化法，将金属液经漏嘴循环流入装置中，利用超音速气体向合金液流喷射，冷却后凝固形成细小的粉末，得到铝合金粉；S2.将TiB2陶瓷纤维改性氧化石墨烯装入搅拌式球磨机中，通入液氮或液氩进行低温球磨，球磨后的粉末浆料经干燥后装入铝包套；S3.将金刚烷与铝合金粉末进行混合，加入不与原料发生反应的有机溶剂，采用超声分散法搅拌混合60-90min，对混合后的液体进行12-15h的真空干燥，干燥温度50-70℃，得到混合粉末；S4.将步骤S3制得的混合粉末经过筛网后，混合，初装、振实后，装入步骤S2中的铝包套内，经真空脱气后，焊合包套，加热包套，保温，在液压机上进行挤压，得到铝基复合材料锻件坯料。作为本专利技术的进一步改进，所述球磨的工艺参数为：球磨转速为100-500r/min，球磨时间为2-5h，球料质量比为1:5-50，磨球材质为钢或陶瓷，直径为3-15mm；所述超音速气体由超音速喷嘴涡流管产生提供，流量为50-300m3/h，压力为1-1.5个大气压，温度为120-150℃；所述筛网的粒径为100目，包套的加热温度为400-500℃，保温时间为1-2h，挤压比为15-20，挤压速度为0.5-1cm/min，挤压锥角为90°。作为本专利技术的进一步改进，。本专利技术具有如下有益效果：本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝基复合材料锻件，其特征在于，其成分及其质量百分比为：金刚烷0.1-5％、TiB

【技术特征摘要】
1.一种铝基复合材料锻件，其特征在于，其成分及其质量百分比为：金刚烷0.1-5％、TiB2陶瓷纤维改性氧化石墨烯1-5％、Si1-5％、Cu0.5-2％、Ni0.2-0.5％、V0.1-0.5％、Fe0.2-0.4％、La0.01-0.1％、Pr0.03-0.07％、余量为Al；
所述TiB2陶瓷纤维改性氧化石墨烯由以下方法制备而成：
S1.制备氧化石墨烯：称取石墨片在冰浴条件下，滴加浓硫酸并机械搅拌10-20min，同时分批加入高锰酸钾，使得反应温度不高于5℃，物料加完后，常温反应1-3h，再升温至30-40℃下恒温反应1-3h，然后加入去离子水并控制温度为90-100℃，保持10-40min后冷却，最后加入去离子水稀释，滴加20-40wt％的H2O2至液体由褐色变为黄色，静置5-10h后，用5-10wt％的盐酸及适当的去离子水离心洗涤至无硫酸根离子，样品收集待用；
S2.TiB2陶瓷纤维的制备：TiOCl2在水中溶解，边搅拌边加入到硼酸-乙醇-水溶液中，再加入葡萄糖-柠檬酸水溶液，混合均匀，调节pH值为2-5，搅拌反应2-4h，得前驱体溶液；室温下，将上述前驱体溶液与表面活性剂混合均匀后，即得TiB2陶瓷纤维静电纺丝液，静电纺丝得到TiB2陶瓷纤维的前驱体，前驱体纤维在静态炉中氩气气氛下裂解得到TiB2陶瓷纤维；
S3.TiB2陶瓷纤维改性氧化石墨烯的制备：称取氧化石墨烯于水中超声分散，加入硅烷偶联剂混合搅拌均匀，调节pH为3-5，恒温水浴反应2-5h，将TiB2陶瓷纤维加入体系中，搅拌10-30min后在加热至50-70℃反应30-50min，得到TiB2陶瓷纤维改性氧化石墨烯。


2.根据权利要求1所述一种铝基复合材料锻件，其特征在于，其成分及其质量百分比为：金刚烷0.5-3.5％、TiB2陶瓷纤维改性氧化石墨烯2-4％、Si2-4％、Cu1-1.5％、Ni0.3-0.4％、V0.2-0.4％、Fe0.25-0.35％、La0.05-0.07％、Pr0.04-0.06％、余量为Al。


3.根据权利要求2所述一种铝基复合材料锻件，其特征在于，其成分及其质量百分比为：金刚烷2.5％、TiB2陶瓷纤维改性氧化石墨烯3％、Si3％、Cu1.2％、Ni0.35％、V0.3％、Fe0.3％、La0.06％、Pr0.05％、余量为Al。


4.根据权利要求1所述一种铝基复合材料锻件，其特征在于，所述无硫酸根离子的判断方法为取少量水洗液加入1-2mol/L的氯化钡溶液中，若无沉淀产生，则表明无硫酸根离子。


5.根据权利要求1所述一种铝基复合材料锻件，其特征在于，所述石墨片、浓硫酸、高锰酸钾、20-40wt％的H2O2的质量比为10：(1-5)：(0.2-1)：(10-20)；所述浓硫酸的质量百...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵德金，费新海，费爱华，
申请(专利权)人：无锡市星达石化配件有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32