本发明专利技术公开了一种铝基内原位生长制备尖晶石晶须／铝复合块体材料的方法。该方法的过程包括：将铝粉与镁粉、硼酸粉混合加入到混有氧化锆磨球的不锈钢球磨罐中进行球磨预处理；向球磨预制粉末添加铝粉后进行机械混合制得完全混合粉末，将该完全混合粉末加入到模具中在一定压力下压制成型；将成型块体置于石英加热炉中，在氩气保护下进行恒温煅烧得到尖晶石晶须／铝复合块体材料。本发明专利技术工艺简单，铝基体内部的尖晶石晶须在块体烧结过程中同时原位生长，晶须与基体结合紧密，晶须产率稳定，在铝基体内部分布均匀，显著提高了晶须／铝复合块体材料的硬度以及耐磨性，使其就有良好的综合性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属于 陶瓷晶须/金属复合材料制备技术。
技术介绍
铝金属是最常用的结构材料之一，具有低密度、高比强度以及铸造性能良好等不 可替代的优点，并可以实现循环回收利用，是新世纪发展最多的金属材料。而随着复合材料 技术的进步，使铝基复合材料在交通运输、军事应用以及航空航天、建筑等行业的应用更为 广泛。铝基复合材料是以铝或铝合金为基体，以其他金属或非金属颗粒、陶瓷晶须或纤维等 为增强相的混合物，具有高比强度、高耐磨性以及抗疲劳强度高等优点，能发挥铝基体最大 的优越性-低密度特性，并且复合工艺相对灵活多样，适合各种工件的生产工艺。由于增强 相形态以及与基体的浸润性强烈地影响着复合材料内部的结合以及综合性能，因此，寻求 优良性能的增强相、改善增强相与基体之间的浸润性与结合性并开发其实际应用是铝基复 合材料研制中的重点。自20世纪80年代以来，随着材料研究和制备方法的发展，各种新型 的增强体也被不断研制出来，同时推进了铝基复合材料制备与应用的发展。在传统固相法 与液相法发展的同时，结合两种方法的化学原位法制备金属基复合材料方法有了更多的关 注与研究。该方法可以在金属内部依靠原位反应得到第二相增强体，在不破坏基体的前提 下直接生长得到与基体有一定共格关系且结合良好的增强相，可以整体提升复合材料的性 能和结合力。晶须材料是以单晶形式生长成的细小纤维，在很小的尺度内原子排列十分有序近 似于纯单晶，因而强度接近于完整晶体的理论值，具有高强度、高弹性模量、高硬度以及优 良的耐高温、耐腐蚀性能。在铝基内部原位生长的陶瓷晶须，以铝为生长基体，可以同时获 得良好的界面关系以及较强的结合力，利用其高强度和硬度改善铝基材料的耐磨性能和高 温强度，从而扩大铝基材料的应用范围，改善铝基体偏软的缺点。利用球磨预处理的方法，可以在铝复合材料煅烧成型的过程中同时生成尖晶石晶 须，该晶须结晶度好，在保证材料高强度特性的前提下，与铝基体有相近的密度约为3. 60g/ cm3，在保持铝基体低密度的同时，可以显著改善其抗磨性能，达到2135°C的熔点并可以改 善铝基体的高温软化问题。通过内部原位反应法直接在铝基体内部生长可观的尖晶石晶须 并可应用到实际生产中，该方法目前尚未见文献报道。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种。 该方法工艺简单，所得到的尖晶石晶须/铝复合块体材料，具有硬度高、耐磨性好以及耐高 温稳定性强的良好的综合性能。本专利技术是通过下述技术方案加以实现的，一种铝基内原位生长制备尖晶石晶须/ 铝复合块体材料的方法，其特征在于包括以下过程31)将镁粉与硼酸粉按照质量比为1 0. 2 2进行混合，然后将该二者混合粉末 与铝粉按照质量比为1 1 4进行混合，得到镁、铝、硼酸的混合粉末，将该三者混合粉 末加入到不锈钢球磨罐中，再加入氧化锆磨球，氧化锆磨球的质量为三者混合粉末质量的 10 20倍，然后以600-800转/分钟的转速进行球磨8-16小时，制得球磨预制粉末；2)向步骤1)制得的球磨预制粉末中添加铝粉并进行机械混合，所添加的铝粉质 量按球磨预制粉末和添加铝粉的总质量之中镁粉的质量占1 20%计，制得完全混合粉 末；3)将步骤2)制得完全混合粉末加入钢制模具中，以压力为400MPa 650MPa压制 成型，将成型块体置于石英加热炉的恒温区，在氩气保护下，以5-10°C /min的升温速率升 至600-800°C，进行恒温保温0. 5-2小时煅烧，然后在氩气的保护下使炉温降至室温，得到 铝基内原位生长的尖晶石晶须/铝复合块体材料。本专利技术的优点在于，原位生长的尖晶石晶须与铝基体界面结合性良好，尖晶石晶 须可以穿透晶界固定铝基体，增强铝基材料的高温稳定性。同时晶须产率稳定，在铝基体内 部分布均勻，显著提高了晶须/铝复合块体材料的硬度以及耐磨性，使其就有良好的综合 性能。附图说明图1为本专利技术实施例1所制得的尖晶石/铝复合块体材料经盐酸洗涤纯化后得到 的尖晶石晶须的XRD图谱。图2为本专利技术实施例1所得到的尖晶石晶须/铝复合块体材料中尖晶石晶须在铝 基体内部分布情况的扫描电镜照片。图3为图2中A处尖晶石晶须放大扫描电镜照片。具体实施例方式下面结合实施例进一步说明本专利技术，这些实施例只是用于说明本专利技术，并不限制 本专利技术。使用原料硼酸粉，市售，纯度>98% ；铝粉，市售，200目；镁粉，市售，200目。实施例1取镁粉2. 4g与2. 4g硼酸粉、10. Sg铝粉混合均勻；将混合粉末与156g氧化锆磨 球加入到400mL容量的不锈钢球磨罐中，在行星球磨机上以650转/分钟的转速进行高能 球磨12小时后得到球磨预制粉末。向球磨预制粉末添加8. 4g铝粉并进行机械混合得到完 全混合粉末，使镁粉占完全混合粉末质量的10%。将完全混合粉末加入圆筒状钢制模具中压制成直径20mm的块体，压制压力为 650MPa。将压制好的块体材料置于氩气保护的石英反应炉中部恒温区，然后以10°C /分钟 的升温速率升至800°C，恒温保温1小时进行晶须的生长，在氩气的保护下使石英反应炉炉 温自然降至室温，得到原位生长尖晶石晶须/铝复合块体材料。实施例2取镁粉2.4g与1.2g硼酸粉、10.8g铝粉混合均勻；将混合粉末与144g氧化锆磨 球加入到400mL容量的不锈钢球磨罐中，在行星球磨机上以700转/分钟的转速进行高能球磨12小时后得到球磨预制粉末。向球磨预制粉末添加19. 88g铝粉并进行机械混合得到 完全混合粉末，使镁粉占完全混合粉末质量的7%。将完全混合粉末加入圆筒状钢制模具中压制成直径20mm的块体，压制压力为 600MPa。将压制好的块体材料置于氩气保护的石英反应炉中部恒温区，然后以10°C /分钟 的升温速率升至750°C，恒温保温1. 5小时进行晶须的生长，在氩气的保护下使石英反应炉 炉温自然降至室温，得到原位生长尖晶石晶须/铝复合块体材料。实施例3取镁粉3. 6g与1. 2g硼酸粉、9. 6g铝粉混合均勻；将混合粉末与288g氧化锆磨球 加入到400mL容量的不锈钢球磨罐中，在行星球磨机上以800转/分钟的转速进行高能球 磨10小时后得到球磨预制粉末。向球磨预制粉末添加3. 6g铝粉并进行机械混合得到完全 混合粉末，使镁粉占完全混合粉末质量的20%。将完全混合粉末加入圆筒状钢制模具中压制成直径20mm的块体，压制压力为 500MPa。将压制好的块体材料置于氩气保护的石英反应炉中部恒温区，然后以5°C/分钟的 升温速率升至750°C，恒温保温1小时进行晶须的生长，在氩气的保护下使石英反应炉炉温 自然降至室温，得到原位生长尖晶石晶须/铝复合块体材料。实施例4取镁粉4. Sg与1. 2g硼酸粉、10. Sg铝粉混合均勻；将混合粉末与99g氧化锆磨球 加入到400mL容量的不锈钢球磨罐中，在行星球磨机上以750转/分钟的转速进行高能球 磨12小时后得到球磨预制粉末。向球磨预制粉末添加8. 4g铝粉并进行机械混合得到完全 混合粉末，使镁粉占完全混合粉末质量的15%。将完全混合粉末加入圆筒状钢制模具中压制成直径20mm的块体，压制压力为 550MPa。将压制好的块体材料置于氩气保护的石英反应炉中部恒温区，然后以5°C/分钟的 升温速率升至700°C，恒温保本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铝基内原位生长制备尖晶石晶须／铝复合块体材料的方法，其特征在于包括以下过程： １）将镁粉与硼酸粉按照质量比为１∶０．２～２进行混合，然后将该二者混合粉末与铝粉按照质量比为１∶１～４进行混合，得到镁、铝、硼酸的混合粉末，将该三者混合粉末加入到不锈钢球磨罐中，再加入氧化锆磨球，氧化锆磨球的质量为三者混合粉末质量的１０～２０倍，然后以６００－８００转／分钟的转速进行球磨８－１６小时，制得球磨预制粉末； ２）向步骤１）制得的球磨预制粉末中添加铝粉并进行机械混合，所添加的铝粉质量按球磨预制粉末和添加铝粉的总质量之中镁粉的质量占１～２０％计，制得完全混合粉末； ３）将步骤２）制得完全混合粉末加入钢制模具中，以压力为４００ＭＰａ～６５０ＭＰａ压制成型，将成型块体置于石英加热炉的恒温区，在氩气保护下，以５－１０℃／ｍｉｎ的升温速率升至６００－８００℃，进行恒温保温０．５－２小时煅烧，然后在氩气的保护下使炉温降至室温，得到铝基内原位生长的尖晶石晶须／铝复合块体材料。
【技术特征摘要】
一种铝基内原位生长制备尖晶石晶须/铝复合块体材料的方法，其特征在于包括以下过程1)将镁粉与硼酸粉按照质量比为1∶0.2～2进行混合，然后将该二者混合粉末与铝粉按照质量比为1∶1～4进行混合，得到镁、铝、硼酸的混合粉末，将该三者混合粉末加入到不锈钢球磨罐中，再加入氧化锆磨球，氧化锆磨球的质量为三者混合粉末质量的10～20倍，然后以600 800转/分钟的转速进行球磨8 16小时，制得球磨预制粉末；2)向步骤1)制得的球磨预制粉...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵乃勤，于镇洋，师春生，刘恩佐，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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