一种复合多孔陶瓷增强铝合金材料制造技术

本发明专利技术提供了一种复合多孔陶瓷增强铝合金材料，所述铝合金材料由复合多孔陶瓷和铝合金基体构成，所述复合多孔材料为Al2O3/SiC复合多孔陶瓷，所述铝合金基体由以下重量份的成分：Si为0.15

【技术实现步骤摘要】
一种复合多孔陶瓷增强铝合金材料


[0001]本专利技术涉及铝合金材料领域，具体涉及一种复合多孔陶瓷增强铝合金材料。

技术介绍

[0002]陶瓷增强铝基复合材料极具潜力，陶瓷增强铝基复合材料是由一种或多种陶瓷相与铝 或铝合金组成的复合材料，它兼具了铝合金优良韧性与陶瓷高硬度、高模量的优点， 同时因其制各成本低、性能优异等特点已引得各国研发人员的高度关注，在最近十年中，陶瓷增强铝基复合材料正在高速发展。在陶瓷增强铝基复合材料中，相比陶瓷纤维增强铝基复合材料，陶瓷颗粒增强铝基复合材料不会出现强烈的各向异性，而且制备成本降低；相比陶瓷颗粒增强镁基复合材料，陶瓷颗粒增强铝基复合材料比重虽大，但其制备简单，设备要求低，成本低，且该复合材料强度、韧性都较好。
[0003]在现今生产的颗粒增强铝基复合材料中，增强相主要是SiC、TiC、A12O3等陶瓷颗粒。这些陶瓷相因与铝液润湿性好，和铝的界面结合好，没有明显的界面分层，有利于提高复合材料的强度，但是复合零件在高冲击工况下时，这些陶瓷内部易发生脆断，形成内部裂纹，从而降低了复合零件的整体韧性。

技术实现思路

[0004]要解决的技术问题：本专利技术的目的是提供一种复合多孔陶瓷增强铝合金材料，采用复合型陶瓷增强铝合金材料，进一步提高铝合金材料的抗冲击性能。
[0005]技术方案：一种复合多孔陶瓷增强铝合金材料，所述铝合金材料由复合多孔陶瓷和铝合金基体构成，所述复合多孔材料为Al2O3/SiC复合多孔陶瓷，所述铝合金基体由以下重量份的成分：Si为0.15
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0.4wt%Fe为0.15
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0.35wt%Cu为0.2
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0.5wt%Mn为0.1
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0.3wt%Mg为2.1
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3.2wt%Cr为0.15
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0.25wt%Zn为1.2
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2.2wt%Ti为0.06
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0.1wt%Zr为0.08
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0.12wt%余量为Al；其中，所述的复合多孔陶瓷增强铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：将Al2O3/SiC复合多孔陶瓷用铝合金液进行浇注，保温和加压浸渗，得到铝合金材料。
[0006]优选的，所述保温的温度为850
‑
880℃，加压渗透的压力为65
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85MPa。
[0007]优选的，所述Al2O3/SiC复合多孔陶瓷的制备方法包括以下步骤：S1. 将SiC微粉颗粒，纤维素微粉颗粒和聚碳硅烷混合，并加入四氢呋喃溶解并混合上述物质得到混合浆料，将海绵排除空气后置于上述混合浆料中，不断排除空气再回弹进行挂浆处理，待四氢呋喃挥发后，得到泡沫预制体；S2. 将泡沫预制体进行烧结，先低温烧结，然后高温烧结，得到SiC陶瓷；S3. 将氯化铝，硝酸铝，硝酸稀土以及异丙醇铝加入至稀硝酸溶液中，搅拌充分后，再加热至90℃，然后加入铝粉，继续反应得到透明溶液，继续老化，得到氧化铝溶胶；S4. 将步骤S2制备的SiC陶瓷浸入步骤S3制备的氧化铝溶胶中，干燥后，再次浸入氧化铝溶胶中，重复以上步骤多次，得到氧化铝溶胶改性SiC陶瓷；S5. 将步骤S5制备的氧化铝溶胶改性SiC陶瓷，在氮气保护下进行烧结，得到Al2O3/SiC复合多孔陶瓷。
[0008]优选的，所述步骤S1中SiC，纤维素微粉和聚碳硅烷的质量比为30
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40:0.5
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1:5
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8，混合浆料的含固量为45
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55%。
[0009]优选的，所述步骤S2中低温烧结的参数为：140
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150℃烧结1
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2h，再升温至170
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180℃烧结3
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4h；高温烧结的参数为：以2
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3℃/min升温至1150
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1240℃，保温1
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2h。
[0010]优选的，所述SiC陶瓷的孔隙率为88
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95%，孔隙尺寸为1.9
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2.1mm，孔楞直径为250
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270um。
[0011]优选的，所述步骤S3中氯化铝，硝酸铝，硝酸稀土，异丙醇铝和铝粉的物质的量的比为20:40:3:60:120；所述硝酸稀土为硝酸钇或硝酸钪中的任意一种。
[0012]优选的，所述步骤S5中烧结的参数为：烧结温度为1080
‑
1120℃，保温时间为60
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90min。
[0013]优选的，所述Al2O3/SiC复合多孔陶瓷的孔隙率为80
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85%，孔隙尺寸为1.7
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2mm，孔楞直径为280
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320um，陶瓷体在空间所占的体积分数为12.5
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16%。
[0014]有益效果：本专利技术铝合金材料具有以下优点：1. 本专利技术中将SiC制备成三维网状结构的预制件，在制备SiC预制件时，加入一定含量的纤维素微粉，在加热升温的过程中纤维素微粉会炭化形成微孔，使得SiC预制件的孔隙率比较高，而后采用氧化铝溶胶浸泡SiC预制件，并在氧化铝溶胶中加入的稀土元素，烧结后稀土元素颗粒分布均匀，复合多孔陶瓷表层覆盖有一层均匀的含有稀土金属的Al2O3薄层，这有 利于提高复合多孔陶瓷与铝液的润湿性能；2. 本专利技术中双层的陶瓷结构能够提高复合多孔陶瓷的强度，满足铝合金材料的整体韧性，且三维连通的结构，在高冲击工况下时，这些陶瓷内部不易发生脆断；3. 本专利技术制备的复合多孔陶瓷内部孔隙相通，这也有利于铝液的铸渗，减小最终成品的孔隙率。
具体实施方式
[0015]下面结合实施例对本专利技术作进一步描述，以下实施例是对本专利技术的解释而本专利技术不局限于以下实施例：实施例1一种复合多孔陶瓷增强铝合金材料，所述铝合金材料由复合多孔陶瓷和铝合金基
体构成，所述复合多孔材料为Al2O3/SiC复合多孔陶瓷，所述铝合金基体由以下重量份的成分：Si为0.15wt%；Fe为0.15wt%；Cu为0.2wt%；Mn为0.3wt%；Mg为3.2wt%；Cr为0.25wt%；Zn为1.2wt%；Ti为0.06wt%；Zr为0.08wt%；余量为Al；其中，所述的复合多孔陶瓷增强铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：S1. 将SiC微粉颗粒，纤维素微粉颗粒和聚碳硅烷混合，SiC，纤维素微粉和聚碳硅烷的质量比为30:0.5:5，并加入四氢呋喃溶解并混合上述物质得到混合浆料，混合浆料的含固量为45%，将海绵排除空气后置于上述混合浆料中，不断排除空气再回弹进行挂浆处理，待四氢呋喃挥发后，得到泡沫预制体；S2. 将泡沫预制体进行烧结，先低温烧结，低温烧结的参数为：140℃烧结2h，再升温至170℃烧结4h；然后高温烧结，高温烧结的参数为：以2℃/min升温至1240℃，保温2h，得到SiC陶瓷，SiC陶瓷的孔隙率为88%，孔隙尺寸为2.1mm，孔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合多孔陶瓷增强铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料由复合多孔陶瓷和铝合金基体构成，所述复合多孔材料为Al2O3/SiC复合多孔陶瓷，所述铝合金基体由以下重量份的成分：Si为0.15
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0.4wt%Fe为0.15
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0.35wt%Cu为0.2
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0.5wt%Mn为0.1
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0.3wt%Mg为2.1
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3.2wt%Cr为0.15
‑
0.25wt%Zn为1.2
‑
2.2wt%Ti为0.06
‑
0.1wt%Zr为0.08
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0.12wt%余量为Al；其中，所述的复合多孔陶瓷增强铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：将Al2O3/SiC复合多孔陶瓷用铝合金液进行浇注，保温和加压浸渗，得到铝合金材料。2.根据权利要求1所述的复合多孔陶瓷增强铝合金材料，其特征在于：所述保温的温度为850
‑
880℃，加压渗透的压力为65
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85MPa。3.根据权利要求1所述的复合多孔陶瓷增强铝合金材料，其特征在于，所述Al2O3/SiC复合多孔陶瓷的制备方法包括以下步骤：S1. 将SiC微粉颗粒，纤维素微粉颗粒和聚碳硅烷混合，并加入四氢呋喃溶解并混合上述物质得到混合浆料，将海绵排除空气后置于上述混合浆料中，不断排除空气再回弹进行挂浆处理，待四氢呋喃挥发后，得到泡沫预制体；S2. 将泡沫预制体进行烧结，先低温烧结，然后高温烧结，得到SiC陶瓷；S3. 将氯化铝，硝酸铝，硝酸稀土以及异丙醇铝加入至稀硝酸溶液中，搅拌充分后，再加热至90℃，然后加入铝粉，继续反应得到透明溶液，继续老化，得到氧化铝溶胶；S4. 将步骤S2制备的SiC陶瓷浸入步骤S3制备的氧化铝溶胶中，干燥后，再次浸入氧化铝溶胶中，重复以上步骤多次，得到氧化铝溶胶改性SiC陶瓷；S5. 将步骤S5制备的氧化铝溶胶改性SiC陶瓷，在氮气保护下进行烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔国昌，李旭，田尧，牛美玲，
申请(专利权)人：山东创新精密科技有限公司，
类型：发明
国别省市：