一种各向同性的短纤维增强铝基复合材料的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种各向同性的短纤维增强铝基复合材料的制备方法，属于铝基复合材料制备【技术领域】。该方法将铝基合金粉末和经预处理的增强体进行混料；再将混料结束后制得的复合粉末真空干燥、研磨；最后将经过研磨的复合粉末通过超声振动，控制烧结气氛进行松散粉末的无压烧结，制得全致密的各向同性的粉末冶金铝基复合材料。该方法采用全新的活化烧结致密化工艺，将复合粉末在气氛保护下不经压制直接进行超声振动致密化烧结，制备出全致密的各向同性的纤维增强铝基复合材料，制备出的铝基复合材料增强相分布均匀，产品性能优异，该方法对产品大小及形状无限制，成本低廉并且适于规模化生产。
【专利说明】一种各向同性的短纤维増强铝基复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铝基复合材料制备【技术领域】，特别是指一种各向同性的短纤维增强铝基复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着科学技术的发展，在航空、航天、电子、通讯、军工等【技术领域】，对材料的要求日益提高，传统的单一结构材料已难以满足轻质量、高强度的需求，材料的复合化已成为材料发展的重要方向，铝基复合材料具有高比强度、高比模量、良好的耐磨性、尺寸稳定性、热膨胀系数小等特点，因此日益受到国内外研宄的重视。
[0003]复合制备技术是纤维增强铝基复合材料获得良好复合效应，发挥基体与增强体各自性能优势，实现复合材料高性能化的关键。国际上围绕影响复合质量的增强体与基体之间界面结合、纤维分布均匀性以及组织与缺陷的控制等关键共性问题开展了大量系统的复合制备技术专门研宄，形成了以制备高性能复合材料的粉末冶金法、低成本的搅拌铸造法、高体分复合材料的浸渗法为代表的性能可控、强化作用显著的复合制备方法，并在工业上根据使用需求得到了不同程度的应用。
[0004]目前，已经有关于制备纤维增强铝基复合材料的专利。中国发明专利CN93120361.9公开了一种用两级加压挤压铸造法制造非连续增强铝基复合材料的方法。但是此方法生产的产品增强相分布不均匀，容易团聚。专利号为CN200610010598.8的中国专利公开了一种无定形碳纤维铝基复合材料及其制备方法，方法为:一、将配好的无定形碳纤维和硬铝基颗粒放入行星式球磨机上混磨，球料比为2: 1，混粉时间8?10小时；二、将混磨后的粉放入钢模中冷压成型，放入真空热压炉中进行热压烧结，即制备出无定形碳纤维铝基复合材料。该方法能够生产出具有界面浸润性好、结合强度高、分散性好、无界面反应的优质复合材料，工艺简单，但是此法生产的产品致密度不高。而通过超声振动活化烧结松散粉末制备短纤维增强铝基复合材料的方法目前还未见报道。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种各向同性的短纤维增强铝基复合材料的制备方法。
[0006]本发明的原理是:突破了复合粉末活化烧结技术，通过超声振动，控制烧结气氛进行松散粉末的无压烧结，即可得到全致密的粉末冶金纤维增强铝基复合材料。在高频振动和气氛的共同作用下，复合粉末表面的增强相参与反应、破裂、迀移、聚集，最终保留在合金内部或晶间形成均匀的增强相。
[0007]本发明将铝基合金粉末和经过预处理的增强体进行混料，将混料结束后制得的复合粉末真空干燥、研磨，采用全新的活化烧结致密化工艺，将已混料、真空干燥、研磨的复合粉末在气氛保护下不经压制直接进行超声振动致密化烧结，制备出全致密的短纤维增强铝基复合材料坯料。其具体步骤如下:
[0008](I)将铝基合金粉末和经预处理的增强相(增强相在650_750°C的铝液中浸润0.1-1小时，冷却后，使得增强相的表面包袱上一层铝)混合，混合后的粉末加分散剂在转速为200r/min的混料机上混料3_20小时，制得复合粉末；其中，分散剂为无水乙醇，铝基合金粉末的平均粒度为I?100 μ m，增强相为10?5000 μ m的短纤维，增强相短纤维的质量百分比为0.01 ~ 40% ；
[0009](2)将混料后制得的复合粉末放入30°C的真空干燥箱中干燥3-10小时，并将干燥后的粉末用研钵研磨，研磨后粉末的粒度与原料中铝基合金粉末的粒度相同；
[0010](3)将经过干燥研磨的复合粉末置于可控烧结气氛的不锈钢容器中，然后置于电阻炉中烧结，电阻炉升温速度为5°C /min，升至550-650°C后，在保温的情况下，采用频率20KHz，额定功率IKW的超声振动装置，对容器中的粉体进行30min的超声振动处理，超声振动装置深入粉体50mm，声强5.0ff/cm2,处理完后继续保温150min，最后随炉冷却至室温，制得全致密的微纳米增强相均匀分布的铝基复合材料。
[0011 ] 其中铝及其合金为基体，增强相为A1203、SiC、TiC、C等短纤维中的一种，烧结气氛为高纯Ar、高纯N2、H2中的一种。
[0012]本发明的上述技术方案的有益效果如下:
[0013]该方法制备工艺简单，可控性好，制备出的铝基复合材料增强相分布均匀，产品性能优异，该方法对产品大小及形状无限制，成本低廉并且适合于规模化生产，是一种理想的制备各向同性的短纤维增强铝基复合材料的方法。
【具体实施方式】
[0014]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
[0015]实施例1:5wt% SiC短纤维-2024铝基复合材料的制备
[0016](I)将950g的50-75 μπι的2024铝合金粉末和50g的I?2_的经预处理的SiC短纤维(SiC短纤维在650°C的铝液中浸润0.6小时，使得增强相的表面包袱上一层铝)混合，混合后的粉末在转速为200r/min的混料机上混料5小时，其中分散剂是无水乙醇；
[0017](2)将混料后制得的复合粉末放入30°C的真空干燥箱中干燥5小时，并将干燥后的粉末用研钵研磨，研磨后粉末的粒度与原料中铝基合金粉末的粒度相同；
[0018](3)将经过干燥研磨的复合粉末置于可控烧结气氛的不锈钢容器中，然后置于电阻炉中在4气氛下烧结，电阻炉升温速度为5°C/min，升至620°C后，在保温的情况下，采用频率20KHz，额定功率IKW的超声振动装置，对容器中的粉体进行30min的超声振动处理，超声振动装置深入粉体50mm，声强5.0ff/cm2,处理完后继续保温150min，最后随炉冷却至室温，制得全致密的SiC短纤维增强相均匀分布的铝基复合材料。
[0019]实施例2:1Owt % SiC-2024铝基复合材料
[0020](I)将900g的50-75 μ m的2024铝合金粉末和10g的I?2_的经预处理的SiC短纤维(SiC短纤维在700°C的铝液中浸润0.8小时，使得增强相的表面包袱上一层铝)混合，混合后的粉末在转速为200r/min的混料机上混料10小时，其中分散剂是无水乙醇；
[0021](2)将混料后制得的复合粉末放入30°C的真空干燥箱中干燥8小时，并将干燥后的粉末用研钵研磨，研磨后粉末的粒度与原料中铝基合金粉末的粒度相同；
[0022](3)将经过干燥研磨的复合粉末置于可控烧结气氛的不锈钢容器中，然后置于电阻炉中在高纯N2气氛下烧结，电阻炉升温速度为5°C /min，升至620°C后，在保温的情况下，采用频率20KHz，额定功率IKW的超声振动装置，对容器中的粉体进行30min的超声振动处理，超声振动装置深入粉体50mm，声强5.0W/cm2，处理完后继续保温150min，最后随炉冷却至室温，制得全致密的SiC短纤维增强相均匀分布的铝基复合材料。
[0023]实施例3:5wt% SiC-7075铝基复合材料的制备
[0024](I)将950g的100 μ m的7075铝合金粉末和50g的I?2_的经预处理的SiC短纤维(SiC短纤维在750°C的铝液中浸润0.5小时，使得增强相的表面包袱上一层铝)混合，混合后的粉末在转速为200r/min的混料机上混料18小时，其中分散剂是无水乙醇；
[0025](2)将混料后制得的复合粉末放入30°C的真空干燥箱中干燥10小时，并将干燥后的粉末用研钵研磨，研磨后粉末的粒度与原料中铝基合金粉末的粒度相同；
[0026](3)将经过干燥研磨的复合粉末置于可控烧结气氛的不锈钢容器中，然后置于电阻炉中在高纯Ar气氛下烧结，电阻炉升温速度为5°C /min，升至590°C后，在保温的情况下，采用频率20KHz，额定功率IKW的超声振动装置，对容器中的粉体进行30min的超声振动处理，超声振动装置深入粉体50mm，声强5.0W/cm2，处理完后继续保温150min，最后随炉冷却至室温，制得全致密的SiC短纤维增强相均匀分布的铝基复合材料。
[0027]上述制得的全致密的粉末冶金铝基复合材料坯料，坯料经过挤压、模锻等热加工后，产品综合性能优异，可应用于航空航天、汽车、电子以及体育等领域。
[0028]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种各向同性的短纤维增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于:具体步骤如下: (1)将铝基合金粉末和经预处理的增强相混合，混合后的粉末加分散剂在转速为2001-/111111的混料机上混料3-20小时，制得复合粉末； (2)将混料后制得的复合粉末放入301:的真空干燥箱中干燥3-10小时，并将干燥后的粉末研磨，研磨后粉末的粒度与原料中铝基合金粉末的粒度相同； (3)将经过干燥研磨的复合粉末置于可控烧结气氛的不锈钢容器中，然后置于电阻炉中烧结，电阻炉升温速度为 51/111111额定功率1X1的超声振动装置，对容器中的粉体进行30111111的超声振动处理，超声振动装置深入粉体50臟1，声强5.01/挪2，处理完后继续保温150-1最后随炉冷却至室温，制得全致密的微纳米增强相均匀分布的铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种各向同性的短纤维增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(1)中增强相的预处理过程为:将增强相在650-7501:的铝液中浸润0.1-1小时。
3.根据权利要求1所述的一种各向同性的短纤维增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(1)中分散剂为无水乙醇，铝基合金粉末的平均粒度为1?100 增强相为10?5000 IXIII的短纤维，增强相短纤维的质量百分比为0.01?40%。
4.根据权利要求1所述的一种各向同性的短纤维增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于:所述铝及其合金为基体，即铝基合金；增强相为八短纤维中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种各向同性的短纤维增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤⑶中的烧结气氛为:高纯紅、高纯队、！！2中的一种。
【文档编号】C22C47/04GK104480413SQ201410670869
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】郭志猛, 叶安平, 曹慧钦, 罗骥, 石韬, 陈存广 申请人:北京科技大学