一种锆基非晶颗粒增强铝基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锆基非晶颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，属于复合材料制备技术领域。本发明专利技术锆基非晶颗粒增强铝基复合材料的增强相为Zr

【技术实现步骤摘要】
一种锆基非晶颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种锆基非晶颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，属于复合材料制备

技术介绍
在新型轻质材料中，金属基复合材料具有高比强度、高比模量、力学性能；所以广泛于航空航天、汽车、通信行业等领域。金属基复合材料是在金属或合金基体中加入一定体积分数的增强相经过人工合成的材料。颗粒增强铝基复合材料，由于其基体选择范围大，成本低，易于加工等优异性能而受到了广泛关注。气雾化法是通过对已经熔炼为液态的金属进行高速气流冲击，进而使金属液分散成微小液滴并达到了102～104K/s的高冷却速率，满足非晶制备所需的冷却速率；优点在于仅需破坏液态金属原子间的键合力就可以分散成粉末，且球形度高，粒径微小并可调控。放电等离子烧结工艺是指将粉末装入模具，施加一定压力，通过脉冲电流产生等离子体快速烧结出致密块体的工艺；优点在于快速成型并有效利用了粉末间放电效应对粉末表面进行了清洁并活化。但是，目前颗粒增强铝基复合材料存在的问题在于大部分增强体由于不同形状及性质发成团聚、与基体结合性较差，或与基体发生反应生成第二相导致性能下降。由于此类问题，严重限制了颗粒增强金属基复合材料的发展和工业化应用。
技术实现思路
针对现有技术中颗粒增强铝基复合材料的问题，本专利技术提供一种锆基非晶颗粒增强铝基复合材料及制备方法，本专利技术的锆基非晶颗粒增强铝基复合材料增强相在基体内分布均匀且界面结合性好，性能方面强度高、塑性较好。一种锆基非晶颗粒增强铝基复合材料，增强相为Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶合金，基体为2系铝合金；以质量百分数计，增强相Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶合金占5％～20％；优选的，2系铝合金粉末牌号为2014、2017、2024、2124中的一种或多种。所述锆基非晶颗粒增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤如下：(1)根据增强相Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶合金的原子质量百分比称量Zr、Cu、Ti、Ni和B的原料并混合均匀，在高真空电弧熔炼系统中真空熔炼得到合金锭，合金锭再通过通过紧耦合雾化设备雾化得到Zr63Cu14Ti12Ni9B2球形非晶合金粉末A；(2)将2系铝合金粉末与步骤(1)Zr63Cu14Ti12Ni9B2球形非晶合金粉末A混合均匀得到混合粉末B，加入过程控制剂D，在保护气体氛围中球磨4h以上得到粒径为800～1000目的混合粉末C；(3)将步骤(2)混合粉末C进行放电等离子烧结即得Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶颗粒增强铝基复合材料；优选的，所述步骤(1)真空熔炼4次以上，以保证合金锭的成分均匀；所述步骤(1)雾化为真空(≤10mPa)加热，保护气为高纯氩气；所述步骤(2)混合粉末B中Zr63Cu14Ti12Ni9B2球形非晶合金粉末A的质量分数为5％～20％；所述步骤(2)过程控制剂D为硬脂酸，过程控制剂D与混合粉末B的质量比为1:(20～30)；所述步骤(2)球磨的球料比为(15～30):1，球磨转速为200～350r/min，保护气氛为高纯氩气；球磨过程为顺时针和逆时针交替进行，其中顺时针转5～15min，逆时针转5～15min；所述步骤(3)放电等离子烧结的方法为：将混合粉末C预压至30～40MPa，在直流脉冲电流、压力为30～40MPa下，以80～100℃/min升温速率升温至300～360℃，再以8～12℃/min升温速率升温至370～390℃，保温5～10min，冷却至室温。本专利技术的有益效果是：(1)(1)本专利技术的锆基非晶颗粒增强铝基复合材料的增强相Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶合金在等离子烧结过程中与2系铝合金有界面结合性良好，且增强相分布均匀；(2)本专利技术的锆基非晶颗粒增强铝基复合材料的增强相Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶合金在等离子烧结过程中与2系铝合金有效粘接，而避免高温条件下增强相与基体的互溶形成第二相；(3)本专利技术的锆基非晶颗粒增强铝基复合材料的增强相Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶合金实现了在拥有高压缩强度的同时具有较好的塑性。附图说明图1为Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶颗粒的X射线衍射图(XRD)；图2为Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶颗粒的差热分析图(DSC)；图3为Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶颗粒的扫描电镜图(SEM)；图4为Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶颗粒增强的2014铝基复合材料的金相图(OM)。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1：一种锆基非晶颗粒增强铝基复合材料，增强相为Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶合金，基体为牌号2014的2系铝合金；以质量百分数计，增强相Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶合金占5％；一种锆基非晶颗粒增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤如下：(1)根据增强相Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶合金的原子质量百分比称量Zr、Cu、Ti、Ni和B的原料并混合均匀，在高真空电弧熔炼系统中真空熔炼4次得到合金锭，合金锭再通过通过紧耦合雾化设备雾化得到Zr63Cu14Ti12Ni9B2球形非晶合金粉末A；其中雾化为真空(≤10mPa)加热，保护气为高纯氩气；本实施例Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶颗粒的X射线衍射图(XRD)见图1，从图1可知材料整体并未明显衍射峰，只有在35°～45°有明显的非晶漫散射峰，说明该Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶颗粒没有发生晶化现象；Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶颗粒的差热分析图(DSC)见图2，从图2可知材料的玻璃化转变温度为398℃，在其玻璃化转变温度以下，其具有非晶的特有性能高强度和高硬度，所以烧结温度应低于玻璃化转变温度以保证非晶性能不会损失；Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶颗粒的扫描电镜图(SEM)见图3，从图3可知通过气雾化法制备出的非晶颗粒球形度极高，且粒径分布均匀；Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶颗粒增强的2014铝基复合材料的金相图(OM)见图4，从图4可知非晶颗粒在基体中分布均匀，并未发生团聚现象，且增强体与基体结合良好，并未有明显第二相产生；(2)将牌号2014的铝合金粉末与步骤(1)Zr63Cu14Ti12Ni9B2球形非晶合金粉末A混合均匀得到混合粉末B，加入过程控制剂D(硬脂酸)，在保护气体氛围中球磨5h得到粒径约为900目的混合粉末C；其中混合粉末B中Zr63Cu14Ti12Ni9B2球形非晶合金粉末A的质量分数为5％；过程控制剂D(硬脂酸)与混合粉末B的质量比为1:20；磨球为刚玉球，球料比为15:1，球磨转速为200r/min，球磨过程为顺时针和逆时针交替进行，其中顺时针转5min，逆时针转5min，保护气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锆基非晶颗粒增强铝基复合材料，其特征在于：增强相为Zr

【技术特征摘要】
1.一种锆基非晶颗粒增强铝基复合材料，其特征在于：增强相为Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶合金，基体为2系铝合金；以质量百分数计，增强相Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶合金占5％～20％。


2.权利要求1所述锆基非晶颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)根据增强相Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶合金的原子质量百分比称量Zr、Cu、Ti、Ni和B的原料并混合均匀，真空熔炼得到合金锭，合金锭再通过雾化得到Zr63Cu14Ti12Ni9B2球形非晶合金粉末A；
(2)将2系铝合金粉末与步骤(1)Zr63Cu14Ti12Ni9B2球形非晶合金粉末A混合均匀得到混合粉末B，加入过程控制剂D，在保护气体氛围中球磨4h以上得到粒径为800～1000目的混合粉末C；
(3)将步骤(2)混合粉末C进行放电等离子烧结即得Zr63Cu14Ti12Ni9B2非晶颗粒增强铝基复合材料。


3.根据权利要求1所述锆基非晶颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹肇麟，张帆，卫书超，史东进，汪广驰，程劼，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53