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雾化皮米复合物 铝 合金及其方法

阅读：1014发布：2020-12-21

专利汇可以提供雾化皮米复合物铝合金及其方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于制备纳米铝 / 氧化铝金属基复合物和由其生成的复合材料的方法。该方法的特征在于提供一铝粉，其具有一固有的氧化物形成层和介于约0.1和约4.5wt.％的氧化铝含量以及约0.3到约5.0m2/g的比表面积，热加工该铝粉，并形成一超细晶基铝合金。同时，原位形成基本上均匀分布的氧化铝纳米颗粒。该合金具有基本上线性的性能/ 温度曲线，以致即使在250℃和更高的温度时，诸如强度之类的物理性能可以基本上得以保持。，下面是雾化皮米复合物铝合金及其方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于制备纳米铝/氧化铝金属基复合物的方法，该复合物具有一基本上线性的机械性能/温度曲线，所述方法包括：
热加工一铝粉以形成一超细晶铝合金基，同时在该基中在原位形成一基本上均匀分布的氧化铝纳米颗粒，其中所述铝粉包括一具有0.1wt％至4.5wt％的氧化铝含量的氧化层
2
和0.3至5.0m/g的比表面积。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述铝粉具有一小于30μm的粒度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述的超细晶铝合金基具有一200nm的粒度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述热加工是在低于该合金的熔点温度下进行的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中该铝粉具有小于30μm的粒度和一厚度介于
3nm-7nm的氧化物层。
6.根据权利要求1所述的方法，其中该铝粉具有100%小于30μm的粒度分布和1至
20μm的d50。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述的方法是非机械炼制合金法。
8.一种纳米铝金属基材料，其通过在100℃到525℃的温度热加工一具有小于30μm的
2
粒度的铝粉而形成，其中所述铝粉具有0.1wt％到4.5wt％的氧化物含量以及0.3到5.0m/g的比表面积。
9.根据权利要求8所述的纳米铝金属基材料，还包括选自二氧化硅、碳化硅、碳化硼、氮化硼、氧化钛、二硼化钛和其混合物的陶瓷微粒，其中该陶瓷微粒以按体积计介于5至
40％的量存在。
10.一种纳米铝/氧化铝/碳化硼复合材料，包括一超细晶的铝金属基、氧化铝和碳化硼微粒，其中
2
铝金属基是由具有小于30μm的粒度、0.1％至4.5％的氧化物含量以及0.3到5.0m/g的比表面积的铝粉而形成的；和
碳化硼微粒是以按体积计介于5至40％的量存在的核级碳化硼微粒，且其中该碳化硼微粒具有100％小于250μm的粒度分布。
11.根据权利要求10所述的纳米铝/氧化铝/碳化硼复合材料，其中氧化铝是均匀地被分散在该复合材料中和碳化硼微粒是均匀地被分散遍布该超细晶铝金属基。
12.一种纳米铝/氧化铝复合材料，该复合材料是通过下述步骤制得的：
将一种或多种高溶解性元素添加物添加到一熔体，使该熔体雾化；
快速固化该雾化的熔体成一金属间铝粉，该铝粉具有100％小于30μm的粒度分布、1
2
至20μm的d50、0.1至4.5%的氧化铝含量、以及0.3至5.0m/g的比表面积；和热加工该粉末以均匀分散氧化铝为与金属间铝化合物混杂在一起的纳米氧化铝颗粒。
13.根据权利要求12所述的纳米铝/氧化铝复合材料，其中金属间铝化合物具有2至
3μm的粒度。
14.根据权利要求12所述的纳米铝/氧化铝复合材料，其中该氧化物含量是直接与该粉末的比表面积成比例。
15.一种用于制备纳米铝/氧化铝金属基复合物的方法，该复合物具有一基本上线性的机械性能/温度曲线，所述方法包括：
a)提供一铝粉，该铝粉具有小于30μm的粒度，该铝粉具有0.1wt%至4.5wt%的氧化铝
2
含量以及0.3至5.0m/g的比表面积；和
b)在100℃到525℃的温度挤出该铝粉以形成一超细晶铝基，同时在该基中原位形成一基本上均匀分布的氧化铝纳米颗粒遍布所述的基。
16.根据权利要求1所述的方法，其中热加工是在100℃至525℃的温度进行的。

说明书全文

雾化皮米复合物铝 合金及其方法

技术领域

[0001] 本发明主要涉及铝合金领域。更具体地，本发明致力于应用粉末冶金技术以形成即使是在升高的温度也能保持其高性能特征的铝复合物合金。本发明通过将纳米技术应用到在该铝合金内混为一体的微粒材料来实现此目的。由此产生的合金复合物具有高温稳定性和独特的线性的性能/温度曲线。通过将纳米尺寸的氧化铝微粒均匀分布在一超细晶的、纳米尺度的铝基材中来达到该合金的高温机械性能，该基材是通过使用超细雾化的铝粉或铝合金粉作为用于生产路线的原材料而形成的。所述基材可以是纯铝或者是如下所公开的一种或多种铝合金。

背景技术

[0002] 常规铝材料在室温表现出很多令人满意的性质，例如轻质和耐腐蚀性。而且，它们可被相对容易地剪裁用于各种应用。因此，铝合金在飞行器、导弹、船舶、运输、包装和其它工业中占据显著地位。

[0003] 尽管众所周知常规铝合金的优点，但是在高温时，例如高于250℃时，它们的物理性能会劣化。其强度下降特别明显，并且这种强度下降是造成在需要高温的应用中通常不用铝合金的一个主要原因。为了代替铝，本领域被迫使用那些更为昂贵的合金，例如含钛或者钨作为主要炼制合金金属的那些合金。

[0004] 已有各种尝试以期克服铝合金在高温时的不足之处。例如，美国专利No.5,053,085涉及“高强度耐热铝基合金”，其具有选自包括V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Ti、Mo、W、Ca、Li、Mg和Si的M组中的至少一种元素和选自包括Y、La、Ce、Sm、Nd、Hf、Ta和Mm(混合稀土金属)的X组中的至少一种元素混合成各种原子百分比。这些不同的合金组合通过快速固化熔融的铝产生非晶的、微晶相、或者微晶复合物分散相。铝的快速固化可通过产生带或丝进料的熔融纺丝工艺来完成。通过常规的挤出、锻造或轧制工艺，该带或丝进料(ribbon or wire feed stock)可被粉碎和被合并到用于构成各种产品的坯中。

[0005] 机械炼制合金是另一种尝试以生产高强度铝合金。金属基材料的纳米颗粒增强是在高能球磨中通过将微粒减小到增强该基体合金的细小分散体而完成的。这种技术的一个主要问题在于该微粒的不均衡加工。一给定量的材料被过失地(grossly)或高或低地处理，其导致在最终结构中的缺陷。美国专利No.5,688,303涉及一种结合了使用轧机工艺的机械炼制合金方法，以声称改进了该机械炼制合金的均匀化。

[0006] 某些对于机械炼制合金工艺的最大障碍包括缺乏延展性和粉末处理问题。由于从铝粉除去了保护性的氧化物然后其变成为自燃的，所以处理机械炼制合金粉末是危险的。当暴露在大气中时，没有保护性氧化物的铝粉会瞬时燃烧，因此在处理该粉末混合期间需要特别小心。此外，高能球磨的使用是非常昂贵的和费时的，这会导致更高的材料加工成本。

[0007] 其它改进高温物理性能的尝试包括混入添加剂。美国专利No.6,287,714涉及“用于纳米结构材料的晶粒生长抑制剂”。加入氮化硼(BN)作为纳米结构材料的晶粒生长抑制剂。这种BN添加是以一种无机的聚合物，按照约1％重量被添加，并被均匀地分散在晶粒边界，其在所述纳米结构材料的热处理温度时被分解。

[0008] 美国专利No.6,398,843涉及用于分散体增强的陶瓷颗粒铝或者铝合金的“分散体-增强的铝合金”。这个专利是基于混合粒度小于100nm的陶瓷颗粒(氧化铝、碳化硅、氧化钛、碳化铝、氧化锆、氮化硅、或二氧化硅)。

[0009] 美国专利No.6,630,008涉及“纳米晶金属基复合物，及制备方法”，其包括使用化学气相沉积(CVD)工艺来流化铝粉，该铝粉被氧化铝、碳化硅或碳化硼包覆然后使用加热的沙子作为压力传递媒介在固态条件下被热压实。

[0010] 美国专利No.6,726,741涉及基于一铝粉、一中子吸收材料及一第三颗粒的铝复合材料和制备。在该制备过程中使用机械炼制合金。

[0011] 美国专利No.6,852,275涉及一种用于制备金属间(inter-metallic)化合物基的复合材料的方法。这种技术是基于制备一金属粉末预制品和加压渗透铝，其引起一自燃反应以形成金属间化合物。

[0012] 快速固化加工(RSP)技术是被用来制备细金属粉的另一种方法。然而，为了保持非晶相和纳米尺寸微结构而所需的高可溶的合金元素的雾化、粉末生产速率、化学控制和回收步骤，使得RSP具有很高的成本。RSP的其它主要障碍是制备这种材料的难点。

[0013] 虽然希望，但这些方法迄今还未能解决长期以来大家所需要的以工业规模制备高温铝合金。因此传统的、非铝基合金继续在高温合金市场占有优势。

发明内容

[0014] 本发明通过利用在制备铝粉的雾化工艺期间自然形成的氧化物被覆和通过利用处理粒度分布低于30μm的粉末，从而克服了现有技术的不足之处。众所周知，不管制备所用何种雾化气体的种类，氧化物总存在于被雾化的铝粉上。参见，Alcoa Labs的“金属手册，第9版卷7-粉末冶金术”(图1)。通过测量铝粉的氧含量可以估算氧化物含量示数。无论是空气还是氮气或氩气被用于制备该粉末，通常氧含量都不会显著地变化。随着铝粉表面积增加(铝粉尺寸减少)，氧含量显著地增加，即表明一较大的氧化物含量。

[0015] 不管是何种类型的雾化气体，但是也不取决于合金组成和粒度，铝粉上的氧化物被覆的平均厚度为平均约5nm。该氧化物主要是氧化铝(Al2O3)与其它不稳定的化合物，例如Al(OH)和AlOOH。该氧化铝含量主要是受控于该粉末的比表面积。粒度和颗粒形态是两个主要的参数，它们影响该粉末的比表面积(＞表面积)，分别地，越不规则(＞表面积)，氧化物含量越高。

[0016] 常规铝粉尺寸具有＜400μm的粒度分布(PSD)，该颗粒的形状/形态成为对控制氧化物含量非常重要的一个因素，这是因为越不规则的颗粒形状导致较大的表面积从而导致较高的氧化物含量。当颗粒尺寸＜30μm时，颗粒形态的这种作用较小地影响氧化物含量，这是因为该颗粒实际上更接近球形或者甚至就是完美的球形。

[0017] 通常，对于不同的被雾化铝的粒度，氧化物含量在介于约0.01％至高达约4.5％氧化铝间变化。本发明以粒度＜30μm的起始铝或铝合金粉为目标，其将提供介于0.1-4.5w/o氧化铝含量。

[0018] 本发明提供热加工所需PSD的铝或铝合金粉末，其原位生成横向纳米晶粒尺寸在约200nm范围内(晶粒尺寸降低10倍)。其次，该热加工操作原位生成均匀分布的、至多3-7nm厚度的纳米氧化铝颗粒(前者颗粒的氧化物外壳)，导致与常规铝锭冶金材料相比特别高强度/高温的材料。这种特别优良的机械性能是晶粒尺寸的大幅下降和在超细晶铝基材中的纳米氧化铝的均匀分布的结果。

[0019] 因此本发明的一个方面是在各种各样的市场应用中使用这种0.1-4.5w/o纳米颗粒氧化铝增强的铝复合材料作为用于较高强度和较高温度的结构材料。这种纳米铝/氧化铝复合物结构无需通过使用机械炼制合金来制备，而是仅仅使用粒度分布＜30μm的铝或铝合金粉末，在热加工之后得到一纳米尺寸的微结构。

[0020] 本发明的另一个方面是通过添加陶瓷微粒材料到纳米铝复合物基材料中来获得额外的强度，以得到甚至更大的强度、更高的弹性模量(硬度)、更低的热膨胀系数(CTE)、改良的耐磨损性和其它重要的物理性能。这种陶瓷微粒添加物可以包括尤其诸如氧化铝、碳化硅、碳化硼、氧化钛、二氧化钛、硼化钛、二硼化钛、硅、氧化硅、二氧化硅和其它工业耐火组合物之类的陶瓷化合物。

[0021] 本发明的另一个方面是添加碳化硼微粒到这种纳米铝复合物基中用于用过的核燃料存储的中子吸收，如在1999年10月12日公布的美国专利No.5,965,829题为“放射物吸收耐火组合物”中所述，该专利在此被全部引入作为参考。

[0022] 本发明的另一个方面包括其它的铝合金例如高溶解性元素的组合物，以便通过细小金属间化合物的沉淀来具有双重增强的材料，其通过过饱和的合金元素熔体与纳米尺寸的氧化铝颗粒一起快速固化(在原位)，所述氧化铝颗粒在产生终产物的热加工操作之后均匀地分散遍布该微结构。

[0023] 本发明的另一个方面是提供基于双峰粒度分布的技术，其无需使用机械炼制合金技术即可表现出均匀的微结构控制。微结构尺寸和均匀性的控制限定(dictate)该复合材料的高性能。

[0024] 本发明的另一个方面是通过改变纳米铝/氧化铝复合物基的合金组成、陶瓷微粒添加物的类型和陶瓷微粒添加物在纳米铝/氧化铝金属基复合材料中的含量来适应对于不同市场应用所需的机械和物理性能。

[0025] 这些方面和其它下述方面是通过一种用于制备纳米铝/氧化铝金属基复合物的方法来实现的，该方法的特征在于步骤：提供一铝粉，其具有一固有的氧化物形成层(a natural oxide formation layer)，介于约0.1和约4.5wt.％的氧化铝含量，以及约0.3到2
约5.0m/g的比表面积；热加工该铝粉，和因此形成一超细晶基铝合金，和通过重新分布所述的氧化铝同时在原位形成基本上均匀分布的、遍及所述合金的氧化铝纳米颗粒，其中所述合金具有基本上线性的性能/温度曲线。

[0026] 本发明的这些方面还可通过一超细铝粉来实现，该铝粉的特征在于约0.1到约2
4.5wt.％的氧化铝含量以及约0.3到约5.0m/g的比表面积，取决于一具体的铝合金组合物的重结晶温度，于约100℃到约525℃的温度热加工该铝粉以精制晶粒大小和均质化该金属基复合物体系的纳米颗粒增强相。
附图说明

[0027] 为了比较完整的理解本发明，应结合附图阅读下面各种实施方式的详细描述，其中：

[0028] 图1是现有技术的氧化物厚度对雾化气体类型的曲线图，摘自“金属手册，第9版卷7-粉末冶金术”；

[0029] 图2(a)、2(b)和2(c)是关于在微结构上1μm、10μm和＜400μm粉末尺寸分别对应的效果的TEM 显微镜照片(于350℃坯温”被挤出，R＝11∶1)；

[0030] 图3是一关于对细小的扭曲氧化物的均匀分布的诱导作用效果的TEM显微镜照片；

[0031] 图4是一d50和比表面积间的不利相关性的曲线图；

[0032] 图5是一机械性能和比表面积间的相关性的曲线图；

[0033] 图6(a)和6(b)分别是机械性能和比表面积间的相关性的表格和曲线图；

[0034] 图7是一典型的HTA雾化铝粉的粒度分布的曲线图；

[0035] 图8是一HTA雾化铝粉的SEM照片；

[0036] 图9是一压实的(CIP)HTA雾化铝粉的TEM照片；

[0037] 图10是一线性的性能/温度曲线的曲线图；和

[0038] 图11(a)和11(b)是关于挤出温度重要性的TEM显微镜照片。

具体实施方式

[0039] 在实施本发明时，第一步是铝粉尺寸的选择。本发明聚焦于雾化铝粉的粒度分布(PSD)，这一雾化铝粉不被用于常规粉末金属技术。事实上，由于雾化生产率、回收、较低的成本、较高的模具填充或者均匀的压实密度以及期望具有低的氧化物粉末，在铝P/M工业中趋于使用PSD的较粗的部分——典型的是d50尺寸为50μm-400μm范围。大多商业应用寻求减少氧化物含量，特别是在压紧和烧结用于汽车和其它高体积应用的近净尺寸(near-net-shape)的铝P/M部分中。粉末的制造商和终端用户都希望较低的氧化物铝粉，因为它很难进行液相烧结和得到一冶金颗粒对颗粒的结合，而这种结合是得到理论密度和在该粉末晶粒边界上有氧化物时具有可接受的延性值的高机械性能所必需的。已有的晶粒边界氧化物网络导致低的断裂韧性、低的强度和边缘延性。已作出努力去减少氧化铝，但是位于铝粉上的这种氧化物被覆在所有环境下都是非常稳定的和不溶解于任何溶剂中。这一事实使得压紧和烧结近净尺寸的工业和高性能宇航工业铝PM工业需购买低氧化物粉末材料。

[0040] 与上述工业标准截然相反，本发明使用超细铝粉PSD(按照工业定义PSD＜30μm)，其导致氧化铝含量在0.1-4.5w/o的范围内，该PSD在粒度范围的另一边(oppose side of the spectrum)。

[0041] 本发明包括采用超细粉末和在低于该合金的重结晶温度下热加工该材料，其进一步将横向晶粒尺寸降低10倍至一典型的晶粒尺寸，例如约200nm。起始粉末粒度的影响示于图2，其示出了于350℃被挤出的1μm、10μm和＜400μm铝粉的效果。热加工操作均匀分布了纳米尺寸的氧化铝颗粒(前者铝粉的3-7nm氧化物外壳)均匀遍布该微结构，如图3所示和在显微照片中所圈出。这种超细晶粒尺寸和纳米尺寸氧化铝颗粒的结合导致双重增强机制。纳米尺寸氧化铝颗粒固定了晶粒边界和抑制晶粒生长，以便维持住该组合物基材料的提高的机械性能改进。

[0042] 已经发现，一个具体类型粉末的氧化铝含量增加50％不会引起比原来的粉末更高的机械性能。100％或更高的增加氧化物含量可能在固化工艺期间导致一些问题。在增加氧化铝含量的粉末处理期间，仅仅是氧化物层的厚度可能被增加，其导致热加工之后在基体中较大的分散。

[0043] 为了增加晶粒边界固定的增强机制，需要引入更细的颗粒到该结构中，所述的晶粒边界固定被指定沿着该微结构的晶粒边界布置纳米尺寸分散体(氧化铝颗粒，前者起始粉末的氧化物层)。这可通过使用较细的起始粉末或具有较高比表面积的粉末来实现。

[0044] 通过考虑起始粉末的粒度分布和比表面积，可以预计热加工后材料的机械性能。相较于具有较低比表面积的粉末，具有较高比表面积的粉末将产生较好的机械性能。从图4可以看出，尽管样品#9的PSD比样品#5的PSD更为粗糙，但是粉末样品#9具有与样品#5大致一样的比表面积。机械性能与比表面积相关联，与粉末的PSD无关(图5)。这一图示出了UTS对粒度分布和比表面积(在含9％碳化硼微粒的测试样品上测得的机械性能的测试结果)。机械性能(UTS)与BET相关联，与d50无关。

[0045] 实施例

[0046] 对具有介于0.3-5.0m2/g范围比表面积的不同粉末进行热加工，于400℃挤出成直径6mm的棒，其被用于制备张力测试的测试样品。在表以及图6(a)和6(b)中分别示出结果。这证明了，微粒分布越细(表面积越高)，机械性能就越好。通过使用狭窄的喷嘴系统的气体雾化和经由气体分级被分类到所需的PSD来制备粉末。然后，通过于400℃，R 11∶1的挤出来压实。于测试温度浸泡30分钟后进行高温张力测试。

[0047] 图7示出了一个开发所用的铝粒度的实例。这一曲线图示出了PSD并可以看出，d50是约1.27μm，d90是约2.27μm，其非常细。后附的是一扫描电子显微镜(SEM)照片(图8)“超细雾化Al粉D50-1.2μm的照片”和发射电子显微镜(TEM)。参见图9，“超细雾化Al粉D50-1.3μm的照片”，其图示了该粉末的球形外形。如图中所示，1μm标尺(SEM)和0.2μm标尺(TEM)分别是验证粉末粒度的参考。因为在该粒度范围的铝粉被认为是球形的，所以其较为容易建立数学模型和预测氧化物含量。当模拟该氧化物厚度和通过溶解该基材合金比较该氧化物的真实值时，良好的关联性证明了本发明的目标氧化铝含量。该粉末的另一个特征是所得PSD的非常高的表面积和作为起始原料总氧化物含量的指示的氧含量。为确保较高性能的购买规程应包括该合金化学、粒度分布、表面积和氧含量需求。

[0048] 图10图示了本发明的高温纳米复合铝合金的独特的线性的性能/温度曲线。这一图示出了UTS(Rm)对温度，1.27μm(d50)粉末等级，通过于350℃，R＝11∶1直接挤出来压实，在测试前于测试温度浸泡30分钟。

[0049] 制备本发明的材料的典型加工路线为，用优选粒度的铝粉填充弹性袋，将该弹性袋顶部收口在铸模袋中，排空该弹性铸模组件以除去空气并密封该空气管道，使用25-60,000psi压力的冷等静压(CIP)，在压力下保压45秒最小时间，将CIP单元解压回到大气压。然后将该弹性铸模组件从“生”压实坯移开。将该坯真空烧结以除去雾化铝粉上的氧化物表面的自由态的水和化学键结的水/水汽。为了防止晶粒生长和得到最优的机械性能，必需小心不要过热该坯或接近液相烧结温度。最后的操作是热加工该坯以便得到理论密度(full density)，达到颗粒对颗粒的结合，以及最重要地分散该纳米氧化铝颗粒均匀地遍布该微结构。

[0050] 一个优选的热加工方法是使用常规挤出技术来得到理论密度、均匀分散的纳米颗粒铝/氧化铝复合物微结构。也可使用直接锻造或直接粉末压实轧制技术作为从该粉末除去氧化物和均匀地分散氧化铝遍布该铝金属基的一个方法。为了得到最优的结构和最优的机械性能，特别推荐保持挤出温度低于该合金的重结晶温度。图11(a)和11(b)是SEM显微照片，其说明了为了增加流动压力以便机械加工该材料而得到所需的微结构时挤出温度的重要性。在显微照片图11(a)中，明显可见在新形成的晶粒中的均匀分散的纳米氧化铝颗粒。甚至在晶粒内部和在晶粒边界，纳米颗粒氧化铝颗粒也是明显的，这通常是通过机械炼制合金工艺方法做到的。第二个显微照片图11(b)显示了较大的晶粒尺寸和该结构没有表现出同样的加工程度或者在晶粒内部的纳米颗粒。

[0051] 为了进一步证实在得到用于最优机械性能的所需微结构时的挤出温度的重要性，下面概括了于室温和350℃测试温度的张力数据上不同挤出温度的纳米铝/氧化铝复合物材料的典型的机械性能。

[0052] 室温各种坯挤出温度

[0053] 机械性能 350℃ 400℃ 450℃ 500℃[0054] UTS-Mpa/(KSI) 310(44.95) 305(44.25) 290(42.05) 280(40.60)[0055] 收率-Mpa/(psi) 247(35.82) 238(34.51) 227(32.91) 213(30.88)[0056] 伸长率％ 9.0％ 10.0％ 10.0％ 10.9％

[0057] 1100铝/UTS 124(18.00) N/A N/A N/A

[0058] 350℃测试温度各种坯挤出温度

[0059] 机械性能 350℃ 400℃ 450℃ 500℃

[0060] UTS-Mpa/(KSI) 186(26.97) 160(23.20) 169(24.50) 160(23.20)[0061] 收率-Mpa/(psi) 156(22.62) 145(21.00) 150(21.75) 150(21.75)[0062] 伸长率％ 10.7％ 10.4％ 9.5％ 10.0％[0063] 与常规锭铁冶金1100系列铝工艺相比，4.5％纳米氧化铝颗粒增强的1100系列超细晶铝材料具有卓越的机械性能。此外，这些结果证实了相较于各种常规合金，结合了小量纳米颗粒铝/氧化铝材料的超细晶微结构的优势，和证实了在铝基材中添加其它陶瓷微粒或过饱和合金元素的快速固化的想法。

[0064] 如上所述，本发明的方面之一在于添加陶瓷微粒到纳米铝/氧化铝复合物基中。发展这种新技术的驱动力之一是对于高温基材料需要添加碳化硼颗粒以扩展美国专利No.5,965,829的应用领域。一个目标是研发高温铝硼碳化物金属基复合材料，适合于从美国核调整委员会接受结构性信贷，用于作为篮设计(a basket design)用来干法储存已用核燃料的应用。由于铝硼碳化物复合物的高温机械性能，相较于工业标准不锈钢篮设计，设计者可以利用铝金属基复合物的轻质/高热量热容。在欧洲，设计者通常使用硼化的不锈钢但是相较于铝基复合物，其面密度(areal density)低，B10同位素的上限是1.6％含量，合金密度高，且热传导和热量热容低。本发明的铝基复合物没有这些不足之处。

[0065] 除了市场对这种材料的需求外，在发展了铝硼碳化物金属基较高温度复合物之后的另一个驱动力是，在制备环境中挤出高达33wt％的碳化硼复合材料的经验，包括在2000年3月28日公布的美国专利No.6,042,779题为“用于不连续的碳化物微粒金属基复合物和超过共晶Al/Si合金的挤出制备方法”(′779专利)中所述的技术，且该专利在此被全部引入作为参考。这一挤出技术可使得设计者自由设计以挤出净尺寸的各种空心管外形，以便使得填装密度最大化、添加助熔剂阀(add flux traps)和降低制造成本。

[0066] 一个将陶瓷微粒添加到纳米颗粒铝/氧化铝高温基合金中的具体应用是添加核级碳化硼微粒。所有用于合金基材料的杂质元素(tramp element)，例如Fe、Zn、Co、Ni、Cr等，受到同样严密的限制，和根据如在上述美国专利No.5,965,829中所述的ASTM C750，碳化硼微粒是容易获得的。该碳化硼微粒粒度分布是类似于在′829专利中所述的。对′829专利的教导的一个例外是使用具有如上所述的新粒度分布的高纯铝粉。

[0067] 用于本发明复合物的典型的制备路线是首先混合铝粉和碳化硼微粒材料，接着使用如上参考专利中所述的CIP加上真空烧结技术而固结到坯中。在一优选的实施方式中，根据美国专利No.6,042,779(′779专利)的教导进行挤出，该专利在此被全部引入作为参考。由于这是一个升温铝金属基复合材料，所以发现必需改变挤出模具的温度、容器的温度和坯温以便维持所需的性能。通常，希望模具表面压力比以前所使用的标准金属基复合材料增加约25％。为了克服该纳米颗粒铝/氧化铝复合物基合金的较高的流动压力，挤出压力必需加大约25％以便挤出该材料。挤出模具技术是能够承受这些较高挤出压力而不会经历挤出模具崩塌的故障。

[0068] 下面列出了该新高温纳米颗粒铝/氧化铝加碳化硼(9％碳化硼增强浓度)的一个实例和所得到的典型的机械性能和物理性能。

[0069]

[0070] 注意：

[0071] 张力试样是根据ASTM E 8 & ASTM E 21加工和测试的。

[0072] 根据ASTM E 1225测试热传导率。

[0073] 根据ASTM E 1461测试比热。

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一种易坍地层预加固再成孔灌注桩施工方法	2020-05-11	803
一种用于原位修复重金属污染土壤的电场辅助吸附提取方法	2020-05-11	932
一种纳米粒子包覆甘蔗渣纤维环氧树脂复合材料的制备方法	2020-05-12	77
一种复合漆膜电磁屏蔽材料及制备方法	2020-05-12	450
一种聚合物固态电解质及其制备方法和应用	2020-05-11	184
一种溶剂-非溶剂法包覆金属氢化物的方法	2020-05-11	212
柔性管道修复施工方法	2020-05-08	221
聚硅氧烷复合电解质、其应用及其制备方法	2020-05-12	503
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雾化皮米复合物铝合金及其方法

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