一種基于機械攪拌制備納米氧化鋁顆粒強化鋁基復合材料的方法技術

一種基于機械攪拌制備納米氧化鋁顆粒強化鋁基復合材料的方法，首先將納米氧化鋁和鋁粉末按質量比為1:1～1:2混合50～60rpm球磨45～50h，之后，加入鎂粉末繼續球磨20～25h，納米氧化鋁、鋁粉末、鎂粉末的質量比為4:4:3～4:8:3；將鋁合金放入坩鍋內熔化，660～700℃時，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金熔體的1～5wt.%的量，將上述混合粉末按1.5～2g/min加入到鋁合金熔體中，同時300～400rpm機械攪拌，之后繼續攪拌處理15～20min；660～680℃，澆入到450～480℃預熱處理的金屬模型中，冷卻。本發明專利技術得到的鋁基納米復合材料組織中晶粒細小，且納米氧化鋁顆粒分布均勻，無團聚現象，工藝成本低、簡單；安全可靠；操作方便。

【技術實現步驟摘要】
一種基于機械攪拌制備納米氧化鋁顆粒強化鋁基復合材料的方法
本專利技術屬于金屬材料制備領域，特別涉及鋁基復合材料的制備方法。
技術介紹
顆粒增強鋁基復合材料具有比強度、比剛度高、高耐磨性、高的減振性等許多優點。氧化鋁（Al2O3）因其具有良好的物理化學，機械及熱性能，是理想的增強相，為廣大學者所關注。微米顆粒可以改善基體的屈服強度及極限抗壓強度，但使基體的延展性變差。納米顆粒能在保持較低含量下明顯提高基體的彈性模量、屈服強度、抗磨性及高溫蠕變性，因而逐漸受到重視。大量研究發現鋁基納米復合材料的磨損率較純合金及微米顆粒強化的鋁基復合材料的要低。但是通過傳統的工藝制備納米復合材料存在納米顆粒易團聚、含量不高、工藝復雜、成型受限等問題使得鋁基納米復合材料的性能提高的潛力受到很大的影響。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于機械攪拌制備納米氧化鋁顆粒強化鋁基復合材料的方法。本專利技術是通過以下技術方案實現的。本專利技術所述的制備方法為：首先將納米氧化鋁和鋁粉末混合進行球磨45～50h，其中納米氧化鋁與鋁粉末的質量比為1:1～1:2，球磨速度為50～60rpm。球磨結束后，加入鎂粉末繼續球磨20～25h，其中納米氧化鋁、鋁粉末、鎂粉末的質量比為4:4:3～4:8:3；將鋁合金放入坩鍋內加熱、熔化，在溫度660～700℃時，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金熔體的1～5wt.%的量，將上述混合粉末加入到鋁合金熔體中，加入速度為1.5～2g/min，在加入過程中引入機械攪拌到鋁合金熔體中，攪拌速度為300～400rpm，之后繼續攪拌處理15～20min；將熔體溫度控制在660～680℃，澆入到450～480℃預熱處理的金屬模型中，冷卻后即可獲得納米氧化鋁顆粒強化鋁基復合材料。本專利技術所述的納米氧化鋁、鋁粉末、鎂粉末的顆粒尺寸優選納米氧化鋁30～100nm，鋁粉末58～75μm、鎂粉末58～75μm。機械攪拌產生的渦流可以很好地分散大顆粒。微米鋁顆粒與鋁合金熔體有很好的潤濕性且在外力作用下很容易被陶瓷粒子壓入。熔體處于近液相線溫度，不易產生有害的化學反應且粘度較高，有利于陶瓷顆粒在熔體中的穩定。同時鎂的加入可以消耗納米顆粒表面的氣體層，或者直接跟氧化鋁反應生成與基體材料有良好晶格關系的尖晶石，可以大大改善納米顆粒與熔體的潤濕性，有利于改善納米顆粒在熔體中的分布，化學反應如下：2Mg+O2=MgO，3Mg+4Al2O3=3MgAl2O4+2Al。本專利技術得到的鋁基納米復合材料組織中晶粒細小，且納米氧化鋁顆粒分布均勻，無團聚現象。此工藝成本低、簡單；安全可靠；操作方便。附圖說明圖1為本專利技術制備的6063鋁基納米復合材料顯微組織。具體實施方式本專利技術將通過以下實施例作進一步說明。實施例1。首先將納米氧化鋁(30nm)和鋁(58μm)混合進行球磨45h，其中納米氧化鋁與鋁粉末的質量比為1:1，球磨速度為50rpm。球磨結束后，加入鎂粉末(58μm)繼續球磨20h，其中納米氧化鋁、鋁粉末、鎂粉末的質量比為4:4:3；將A356鋁合金放入坩鍋內加熱、熔化，在溫度660℃時，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金熔體的2wt.%的量，將上述混合粉末加入到鋁合金熔體中，加入速度為1.5g/min，在加入過程中引入機械攪拌到鋁合金熔體中，攪拌速度為300rpm，而后繼續攪拌處理15min；將熔體溫度控制在660℃，澆入到450℃預熱處理的金屬模型中，冷卻后取樣。在載荷為7N、轉速180rpm、磨損滑移距離為600m的干摩擦實驗條件下，磨損率為0.00067mm3/m，較純合金下降了86.6%。實施例2。首先將納米氧化鋁(100nm)和鋁(75μm)混合進行球磨45h，其中納米氧化鋁及鋁粉末的質量比為1:1，球磨速度為55rpm。球磨結束后，加入鎂粉(75μm)繼續球磨20h，其中納米氧化鋁、鋁粉末、鎂粉末的質量比為4:4:3；將6063鋁合金放入粘土石墨坩鍋內加熱、熔化，在溫度680℃時，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金熔體的2wt.%的量，將上述混合粉末加入到鋁合金熔體中，加入速度為2g/min，在加入過程中引入機械攪拌到鋁合金熔體中，攪拌速度為350rpm，而后繼續攪拌處理20min；將熔體溫度控制在660℃，澆入到450℃預熱處理的金屬模型中，冷卻后取樣。在載荷為7N、轉速180rpm、磨損滑移距離為600m的干摩擦實驗條件下，磨損率為0.00089mm3/m，較純合金下降了82.2%。附圖1為實施實例2條件下獲得的的鋁基納米復合材料組織，圖中可見，所獲得的鋁基復合材料組織中沒有樹枝晶出現，基體結構組織明顯細化。機械攪拌產生的渦流及鎂的反應潤濕作用使得納米氧化鋁粉末在熔體中均勻分布，在凝固過程中納米氧化鋁顆粒阻礙了初次鋁晶粒的長大從而使復合材料的組織得到了明顯的細化。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于機械攪拌制備納米氧化鋁顆粒強化鋁基復合材料的方法，其特征是首先將納米氧化鋁和鋁粉末混合進行球磨45～50h，其中納米氧化鋁與鋁粉末的質量比為1:1～1:2，球磨速度為50～60rpm，球磨結束后，加入鎂粉末繼續球磨20～25h，其中納米氧化鋁、鋁粉末、鎂粉末的質量比為4:4:3～4:8:3；將鋁合金放入坩鍋內加熱、熔化，在溫度660～700℃時，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金熔體的1～5wt.%的量，將上述混合粉末加入到鋁合金熔體中，加入速度為1.5～2g/min，在加入過程中引入機械攪拌到鋁合金熔體中，攪拌速度為300～400rpm，之后繼續攪拌處理15～20min；將熔體溫度控制在660～680℃，澆入到450～480℃預熱處理的金屬模型中，冷卻。

【技術特征摘要】
1.一種基于機械攪拌制備納米氧化鋁顆粒強化鋁基復合材料的方法，其特征是首先將納米氧化鋁和鋁粉末混合進行球磨45～50h，其中納米氧化鋁與鋁粉末的質量比為1:1～1:2，球磨速度為50～60rpm，球磨結束后，加入鎂粉末繼續球磨20～25h，其中納米氧化鋁、鋁粉末、鎂粉末的質量比為4:4:3～4:8:3；將鋁合金放入坩鍋內加熱、熔化，在溫度660～700℃時，按納米氧化鋁的加入量為鋁合金熔體的1～5wt.%的量，將上述混合粉末加入到鋁合...

【專利技術屬性】
技術研發人員：閆洪，陳小會，
申請(專利權)人：南昌大學，
類型：發明
國別省市：江西;36