一种纳米碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201710623102.2 | 申请日 | 2017-07-27 | 公开(公告)号 | CN107385256A | 公开(公告)日 | 2017-11-24 |
| 申请人 | 江苏大学; | 发明人 | 杨超; 戴亚春; 崔沛; 骆志高; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于材料领域，公开了一种纳米 碳 化 硅 增强 铝 基 复合材料 及其制备方法，解决了纳米碳化硅颗粒不能均匀分散在铝基体内的问题，该复合材料是由7075铝 合金 粉末、纳米碳化硅粉末进行 溶剂 辅助分散、机械球磨、 压制成型 、高温 烧结 并冷却后而成，其中，7075 铝合金 粉末的粒度为30μm-100μm， 质量 百分含量为95％-99％，纳米碳化硅粉末的粒度为20nm-40nm，质量百分含量为1％-5％。本发明的纳米碳化硅颗粒在铝基体内均匀分散，而且，复合材料的 抗拉强度 和硬度有了显著性的提高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种纳米碳化硅增强铝基复合材料，其特征在于，所述复合材料中包括7075铝合金与纳米碳化硅，各组分质量百分含量为7075铝合金95％-99％、纳米碳化硅1％-5％；所述复合材料，抗拉强度为210～274MPa，硬度为60～82.6HV。 |
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| 说明书全文 | 一种纳米碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于材料领域，尤其涉及到一种纳米碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法。 背景技术[0002] 碳化硅增强铝基复合材料具有轻质、高强度、耐磨、热膨胀系数低、尺寸稳定性好、耐腐蚀、耐高温特性好等优点，是航空航天、特种装备、精密仪器、交通运输等领域轻量化发展趋势的重要支撑材料，是世界各国竞相发展的高性能复合材料。研究表明，碳化硅颗粒的尺寸对复合材料的性能有重要影响。当碳化硅颗粒尺寸处于纳米级时，可引起了晶粒细化机制以及大量纳米碳化硅粉末位错形成了强化机制，提高了材料的力学性能、机械性能、屈服强度、拉伸性能。但是由于纳米颗粒具有很大的比表面积，易团聚，会导致材料在被拉伸时的受力不均匀，从而严重影响复合材料的强度。 发明内容[0003] 本发明专利的目的在于解决纳米碳化硅颗粒不能均匀分布在铝基体内，制备工艺复杂，成本高的问题，而提供了一种纳米碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法，其抗拉强度和硬度相比于纯铝有了显著性的提高。 [0005] 一种纳米碳化硅增强铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤： [0007] (2)将7075铝合金粉末置于无水乙醇中进行电磁搅拌，得分散液B； [0008] (3)保持磁力搅拌下将含有纳米碳化硅粉末的分散液A滴加到含有7075铝合金粉末的分散液B中，然后再持续搅拌30min-40min，静置沉降，待复合粉末完全沉降后，倒出部分清液后于烘箱中过夜得到混合粉末，再将混合粉末置于球磨机中机械球墨； [0009] (4)将步骤(3)的得到的混合粉末在55MPa-65MPa压强下、室温下压制成型，并在55MPa-65MPa压强下保持6-12min； [0011] 步骤(3)中，所述纳米碳化硅粉末和7075铝合金粉末的总质量与无水乙醇的总体积用量比例为20g：500ml。 [0012] 步骤(3)中，所述纳米碳化硅粉末和7075铝合金粉末两者的质量百分比例分别为：7075铝合金粉末95％-99％、纳米碳化硅粉末1％-5％。 [0013] 所述的7075铝合金粉末粒度为30μm-100μm，纳米碳化硅粒度为20nm-40nm。 [0015] 步骤(2)中，进行电磁搅拌的电流频率为7HZ，电流强度为360A。 [0017] 步骤(3)中，所述烘箱中烘干温度为80℃-95℃。 [0018] 本发明制备的一种纳米碳化硅增强铝基复合材料，抗拉强度为210～274MPa，硬度为60～82.6HV。 [0019] 本发明的有益效果为： [0020] (1)本发明专利添加的纳米碳化硅粉末引起了晶粒细化机制以及大量纳米碳化硅粉末位错形成了强化机制，提高了材料的力学性能、机械性能、屈服强度、拉伸性能。 [0021] (2)本发明专利的纳米碳化硅增强铝基复合材料，为实现纳米粒子在材料中的均匀分布，通过使用溶剂辅助分散加机械球磨的方法，借助高能超声波的瞬时空化和声波作用来进行分散纳米陶瓷增强体，实测表明，纳米碳化硅增强铝基复合材料相比铝，其抗拉强度和硬度均有显著性的提高。 具体实施方式[0022] 实施例1 [0023] (1)将3％纳米碳化硅粉末(粒度为30nm)放入盛有250ml无水乙醇的烧杯中，进行超声振动分散60min，其中超声振动的频率为60KHZ，同时将97％7075铝合金粉末(粒度为65μm)放入盛有250ml无水乙醇的烧杯中进行电磁搅拌，随后在磁力搅拌下将含有纳米碳化硅的溶液滴加到7075铝合金粉末溶液中，然后再持续搅拌35min，静置沉降，待复合粉末完全沉降后，倒出部分清液于90℃烘箱中过夜得到混合的粉末，在将复合材料粉末置于球磨机中机械球墨5h，转速设为200rpm，过程中加入约2.0wt％的硬脂酸；(2)将所得混合物在60MPa压强、室温下压制成型,并在60MPa压强下保持8min；(3)将该压制成型件放入烧结炉中，在隔氧环境下以500℃/h的升温速率加热至395℃，保温2h；自然冷却到室温，得成品。 [0024] 实施例2 [0025] (1)将5％纳米碳化硅粉末(粒度为40nm)放入盛有250ml无水乙醇的烧杯中，进行超声振动分散65min，其中超声振动的频率为60KHZ，同时将95％7075铝合金粉末(粒度为30μm)放入盛有250ml无水乙醇的烧杯中进行电磁搅拌，随后在磁力搅拌下将含有纳米碳化硅的溶液滴加到7075铝合金粉末溶液中，然后再持续搅拌40min，静置沉降，待复合粉末完全沉降后，倒出部分清液于95℃烘箱中过夜得到混合的粉末，在将复合材料粉末置于球磨机中机械球墨5h，转速设为200rpm，过程中加入约2.0wt％的硬脂酸；(2)将所得混合物在65MPa压强、室温下压制成型,并在65MPa压强下保持12min；(3)将该压制成型件放入烧结炉中，在隔氧环境下以600℃/h的升温速率加热至400℃，保温3h；自然冷却到室温，得成品。 [0026] 实施例3 [0027] (1)将1％纳米碳化硅粉末(粒度为20nm)放入盛有250ml无水乙醇的烧杯中，进行超声振动分散55min，其中超声振动的频率为60KHZ，同时将99％7075铝合金粉末(粒度为100μm)放入盛有250ml无水乙醇的烧杯中进行电磁搅拌，随后在磁力搅拌下将含有纳米碳化硅的溶液滴加到7075铝合金粉末溶液中，然后再持续搅拌30min，静置沉降，待复合粉末完全沉降后，倒出部分清液于80℃烘箱中过夜得到混合的粉末，在将复合材料粉末置于球磨机中机械球墨5h，转速设为200rpm，过程中加入约2.0wt％的硬脂酸；(2)将所得混合物在 55MPa压强、室温下压制成型,并在55MPa压强下保持6min；(3)将该压制成型件放入烧结炉中，在隔氧环境下以450℃/h的升温速率加热至390℃，保温1h；自然冷却到室温，得成品。 [0028] 下表给出了3个实施的材料使用不同重量百分含量纳米碳化硅粉末的性能变化情况。从表中可看出，随着纳米碳化硅粉末的增加，其抗拉强度和硬度也随之提高。 [0029] |
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