多主元氧化物弥散强化超细晶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多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料及其制备方法，涉及复合材料制备技术领域，其制备方法包括如下步骤：步骤S1：将至少5种等摩尔比的金属氧化物粉体混合并球磨，得到高熵化的多主元氧化物混合物纳米粉体；步骤S2：在氩气保护氛围下，将高熵化的多主元氧化物混合物纳米粉体、铝粉和过程控制剂混合并球磨后，加热并保温，得到铝基复合材料粉体；步骤S3：通过大塑性变形固相烧结一步法对铝基复合材料粉体进行旋转挤压并保载后，得到多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料。本发明专利技术通过该制备方法，改变了金属氧化物颗粒自身尖锐特性外形和应力集中现象，并强化了对位错运动的钉扎作用，实现晶粒组织的超细晶化。晶化。晶化。

【技术实现步骤摘要】
多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料制备
，具体而言，涉及一种多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]空天科技、兵工制造等技术密集型行业的快速发展带来了金属结构材料快速迭代发展的需求，这要求其在具备高强度、高塑性的同时，还需兼顾低密度和高刚度特性。钢铁材料等虽然具有较为优异的强韧性，但其过高的密度严重制约了航空航天用载具结构的推重比性能。铝及铝合金作为一种密度只有钢铁材料三分之一的材料，可加工性良好，具有巨大的应用价值和潜力。然而，铝合金的绝对强度距离钢铁材料仍差异显著，其刚度也偏低。故此，为进一步满足一系列特性轻质高强韧结构材料需求，铝基复合材料应运而生。
[0003]颗粒增强铝基复合材料由于其较铝合金本身具有更高的比强度和比刚度，受到了广泛的研究和应用。目前常用的颗粒增强相包括SiC、Al2O3等陶瓷相，这些颗粒材料通常展现出与基体较为良好的冶金相容性，在外加载荷作用下可以起到钉扎位错的作用，从而提高复合材料的结构强度。然而，SiC由于其颗粒通常具有尖锐边缘，在承载过程，特别是受拉力状态下，极易在尖锐边缘附近萌生裂纹，导致材料的过早失效，使铝基复合材料的延伸率不够理想。而Al2O3则由于其过高的基体相容性和较低的模量，对位错的钉扎作用偏弱，较SiC等颗粒同等体积分数下强化效率偏低。由此，单一的颗粒增强铝基复合材料往往会遇到一定的本质性不足，严重限制了颗粒增强铝基复合材料在复杂工况下的应用。

技术实现思路
r/>[0004]本专利技术解决的问题是单一颗粒增强铝基复合材料的本质性不足的问题。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S1：将至少5种等摩尔比的金属氧化物粉体混合并球磨，得到高熵化的多主元氧化物混合物纳米粉体；
[0007]步骤S2：在氩气保护氛围下，将所述高熵化的多主元氧化物混合物纳米粉体、铝粉和过程控制剂混合并球磨后，加热并保温，得到铝基复合材料粉体；
[0008]步骤S3：通过大塑性变形固相烧结一步法对所述铝基复合材料粉体进行旋转挤压并保载后，得到多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料。
[0009]进一步地，步骤S1中，所述金属氧化物包括氧化锂、氧化镁、氧化铝、氧化钙、氧化钪、氧化钛、氧化钒、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化钇、氧化锆、氧化铌、氧化钼、氧化铈、氧化钽和氧化钨中的一种。
[0010]进一步地，步骤S1中，所述球磨过程包括：采用不锈钢球磨罐和钇稳定二氧化锆珠研磨球进行球磨；其中，所述研磨球的直径为4
‑
10mm，所述球磨的球料比为(20
‑
100)：1，球磨转速为200
‑
500rpm，球磨时间为10
‑
100h。
[0011]进一步地，步骤S2中，所述球磨的球料比为(5
‑
50)：1，球磨转速为200
‑
500rpm，球磨时间为2
‑
50h。
[0012]进一步地，步骤S2中，所述铝粉包括纯铝粉末、2xxx系Al
‑
Cu或Al
‑
Cu
‑
Li系粉末、5xxx系Al
‑
Mg系粉末、6xxx系Al
‑
Mg
‑
Si系粉末和7xxx系Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu系粉末中的至少一种，所述铝粉的平均粒径为1μm
‑
200μm。
[0013]进一步地，步骤S2中，所述加热温度为400
‑
450℃，所述保温时间为0.5
‑
1h。
[0014]进一步地，步骤S2中，所述铝基复合材料粉体中所述高熵化的多主元氧化物混合物纳米粉体的质量分数为1％
‑
95％。
[0015]进一步地，步骤S3中，所述通过大塑性变形固相烧结工艺对所述铝基复合材料粉体进行旋转挤压并保载，包括：
[0016]将所述铝基复合材料粉体置于大塑性变形固相烧结工艺的平底圆槽模具中，通过与所述平底圆槽模具直径尺寸对应的压杆对所述铝基复合材料粉体进行旋转挤压并保载。
[0017]进一步地，步骤S3中，所述旋转速度为500
‑
8000rpm，所述保载时间为3
‑
180s。
[0018]本专利技术所述的一种多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料的制备方法相对于现有技术的有益效果包括：
[0019]1、本专利技术通过将至少5种等摩尔比的金属氧化物粉混合并球磨得到高熵化的多主元氧化物混合物纳米粉体，实现直接对增强相晶格点阵类型和晶格常数的调控，改变其与铝基体的晶格匹配度，强化其在承载过程中对位错运动的钉扎作用，大幅度提高其强化效率。同时，高熵化的多主元氧化物混合物纳米粉体可改变部分氧化物颗粒自身尖锐特性外形，降低其相界面在承载过程中的应力集中，提高材料的韧性。
[0020]2、本专利技术通过球磨过程，实现强化相的纳米化，提高其在铝基体内的弥散程度，并结合后续大塑性变形固相烧结工艺，避免了纳米相在基体内的团聚，保障了复合材料的高强韧化水平。
[0021]3、本专利技术通过大塑性变形固相烧结一步法对所述铝基复合材料粉体进行旋转挤压，在大塑性变形的同时实现铝基复合材料粉体的固相烧结与致密化，并促进铝基体发生动态回复及再结晶，实现晶粒组织的超细晶化，形成孔隙率极低的优质超细晶复合材料。
[0022]本专利技术还提供一种多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料，根据所述的多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料的制备方法制得。
[0023]本专利技术所述的多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料相对于现有技术的有益效果与多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料的制备方法相同，在此不再赘述。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例所述的多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料的制备流程图。
具体实施方式
[0025]下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。
[0026]如图1所示，本专利技术实施例提供一种多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料
的制备方法，包括如下步骤：
[0027]步骤S1：将至少5种等摩尔比的金属氧化物粉混合并球磨，得到高熵化的多主元氧化物混合物纳米粉体；
[0028]步骤S2：在氩气保护氛围下，将高熵化的多主元氧化物混合物纳米粉体、铝粉和过程控制剂混合并球磨后，加热并保温，得到铝基复合材料粉体；
[0029]步骤S3：通过大塑性变形固相烧结一步法对铝基复合材料粉体进行旋转挤压并保载后，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：将至少5种等摩尔比的金属氧化物粉体混合并球磨，得到高熵化的多主元氧化物混合物纳米粉体；步骤S2：在氩气保护氛围下，将所述高熵化的多主元氧化物混合物纳米粉体、铝粉和过程控制剂混合并球磨后，加热并保温，得到铝基复合材料粉体；步骤S3：通过大塑性变形固相烧结一步法对所述铝基复合材料粉体进行旋转挤压并保载后，得到多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料。2.根据权利要求1所述的多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述金属氧化物包括氧化锂、氧化镁、氧化铝、氧化钙、氧化钪、氧化钛、氧化钒、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化钇、氧化锆、氧化铌、氧化钼、氧化铈、氧化钽和氧化钨中的一种。3.根据权利要求1所述的多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述球磨过程包括：采用不锈钢球磨罐和钇稳定二氧化锆珠研磨球进行球磨；其中，所述研磨球的直径为4
‑
10mm，所述球磨的球料比为(20
‑
100)：1，球磨转速为200
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500rpm，球磨时间为10
‑
100h。4.根据权利要求1所述的多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述球磨的球料比为(5
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50)：1，球磨转速为200
‑
500rpm，球磨时间为2
‑
50h。5.根据权利要求1所述的多主元氧化物弥散强化超细晶铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述铝粉包括纯铝粉末、2xxx系Al
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：谢聿铭，黄永宪，孟祥晨，冒冬鑫，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：