一種納米級陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，更具體而言，涉及一種納米級陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著納米技術(shù)的興起，通過物理或化學(xué)方法將納米顆粒均勻地彌散在金屬及其合金基體中，從而獲得高性能金屬基納米復(fù)合材料，得到人們廣泛地關(guān)注。高性能鋁基納米復(fù)合材料，由于具有高比強(qiáng)度、出色的韌性和抗疲勞能力，良好的耐熱、耐磨、耐蝕性，因此在航空、航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，已成為近年來納米材料及鋁基復(fù)合材料交叉領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。由強(qiáng)化理論可知，增強(qiáng)相尺寸愈小，強(qiáng)化效果就愈明顯，其強(qiáng)塑性愈高，所以人們無不期待著用細(xì)小顆粒增強(qiáng)鋁合金，以獲得高強(qiáng)度、高塑性復(fù)合材料，所以制造細(xì)小顆粒、組織致密的復(fù)合材料有著重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種納米級陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，該方法中將納米級陶瓷顆粒通過轉(zhuǎn)噴微注方式加入至鋁合金熔體中，使納米級陶瓷顆粒均勻彌散地分布于鋁合金熔體中，解決了納米級顆粒的團(tuán)聚問題，且與鋁合金熔體產(chǎn)生了良好的復(fù)合，獲得高強(qiáng)度、高塑性復(fù)合材料。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0005]—種納米級陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0006]增強(qiáng)相制備的步驟:將Al粉與納米Al2O3顆粒粉末進(jìn)行混制，然后將其粉碎過篩；
[0007]轉(zhuǎn)噴微注的步驟:向處于半固態(tài)狀態(tài)的鋁熔體中通入氬氣，同時以轉(zhuǎn)噴微注方式向氬氣氣流中連續(xù)微量噴入上述粉碎后的混合增強(qiáng)相粉末；
[0008]攪拌的步驟:攪拌與微量噴入相結(jié)合，二者同時進(jìn)行，通過旋轉(zhuǎn)葉片將攜帶增強(qiáng)相粉末的氣泡打碎，使增強(qiáng)相粉末充分與鋁熔體接觸而融為一體，防止氣泡直接將增強(qiáng)相粉末帶出金屬熔體；
[0009]澆鑄成型的步驟:轉(zhuǎn)噴微注完成后將鋁熔體迅速升溫至澆鑄溫度，進(jìn)行澆鑄。
[0010]上述增強(qiáng)相制備的步驟中，Al粉與納米Al2O3顆粒粉末采用球磨的方式混合。
[0011]上述增強(qiáng)相制備的步驟中，Al粉與納米Al2O3顆粒粉末按照質(zhì)量比為3:1進(jìn)行混合。
[0012]上述增強(qiáng)相制備的步驟中，Al粉粒度為25-35μπι，納米Al2O3顆粒粉末粒度為25-35nm，球磨混合時間為4_6h，粉碎過55-65μηι的篩子。
[0013]上述增強(qiáng)相制備的步驟中，A1粉粒度為30μηι，納米ΑΙ2Ο3顆粒粉末粒度為30nm，球磨混合時間為5h，粉碎過60μπι的篩子，避免團(tuán)聚大顆粒。
[0014]上述轉(zhuǎn)噴微注的步驟中，加入ΑΙ2Ο3的質(zhì)量為復(fù)合材料總質(zhì)量的1%_2%，所述混合增強(qiáng)相粉末在氬氣氣流的帶動下連續(xù)微量噴入鋁熔體中。
[0015]上述轉(zhuǎn)噴微注的步驟中，加入Al2O3的質(zhì)量為復(fù)合材料總質(zhì)量的1.5%。
[0016]上述攪拌的步驟中，攪拌與微量噴入共同作用的時間為15-25min，攪拌噴入時鋁熔體的溫度為640°C，攪拌轉(zhuǎn)速為400?600r/min。
[0017]上述攪拌的步驟中，攪拌與微量噴入共同作用的時間為20min，攪拌轉(zhuǎn)速為500r/min。
[0018]上述澆鑄成型的步驟中，鋁熔體迅速升溫至720°C。
[0019]上述旋轉(zhuǎn)葉片的材質(zhì)為鋼。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明所具有的有益效果為:
[0021]本發(fā)明提供了一種制備鋁基陶瓷抗磨復(fù)合材料的新型簡單工藝方法，采用轉(zhuǎn)噴微注法制備鋁基陶瓷抗磨復(fù)合材料，在攪拌過程中，將增強(qiáng)相Al2O3納米微粒連續(xù)微量轉(zhuǎn)噴至鋁合金熔體內(nèi)部不同點(diǎn)位，通過散、微、轉(zhuǎn)三個工藝參數(shù)的最佳耦合，以此達(dá)到時間和空間的異同性，實(shí)現(xiàn)制備過程的低成本、低能耗和高效率，并同時實(shí)現(xiàn)低污染的制備工藝和制備高質(zhì)量的復(fù)合材料，滿足新材料制備的內(nèi)在需求，解決目前采用的粉末冶金法、真空壓力浸滲法等高成本制備工藝難題，實(shí)現(xiàn)該材料制備工藝的簡單化和廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)大比例增強(qiáng)抗磨相微粒的彌散分布，解決其在合金中的團(tuán)聚問題，同時采用微合金化或外加物理場等工藝解決增強(qiáng)相的潤濕性，強(qiáng)化增強(qiáng)相與基體的結(jié)合界面，保證材料的強(qiáng)韌性和抗磨性。
【附圖說明】
[0022]下面通過附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0023]圖1為本發(fā)明的裝置示意圖；
[0024]圖2為原始鑄態(tài)7075鋁合金的金相組織圖；
[0025]圖3為加入1.5%A1203i^A1203p/7075復(fù)合材料的金相組織圖；
[0026]圖4為加入0-3%A1203p的拉伸硬度及延伸率的測試結(jié)果。
[0027]圖中:I為工作臺、2為電機(jī)控制器、3為氬氣瓶、4為氣壓開關(guān)、5為壓力表、6為導(dǎo)氣管、7為電機(jī)支撐架固定裝置、8為電機(jī)支撐架、9為電機(jī)、10為可變速螺旋送料裝置、11為氣料混合裝置、12為聯(lián)軸器、13為從動氣料導(dǎo)管、14為齒輪皮帶、15為從動輪、16為主動輪、17為支撐軸承、18為角鋼支撐架、19為坩禍、20為旋轉(zhuǎn)葉片、21為坩禍平臺、22為主傳動桿、23為支撐架、24為氣瓶槽。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明的噴吹裝置示意圖，包括工作臺1、氬氣瓶3、電機(jī)9、可變速螺旋送料裝置10、氣料混合裝置11、從動氣料導(dǎo)管13、坩禍19和旋轉(zhuǎn)葉片20，所述氬氣瓶3可拆卸地固定在工作臺I上，所述氬氣瓶3聯(lián)接有導(dǎo)氣管6，所述導(dǎo)氣管6和可變速螺旋送料裝置10均通過氣料混合裝置11與從動氣料導(dǎo)管13連通，所述從動氣料導(dǎo)管13與電機(jī)9和旋轉(zhuǎn)葉片20分別聯(lián)接，所述旋轉(zhuǎn)葉片20位于坩禍19內(nèi)。所述電機(jī)9聯(lián)接有主傳動桿22，主傳動桿22上設(shè)置有主動輪16，所述從動通氣導(dǎo)管13上設(shè)置有從動輪15，所述主動輪16與從動輪15通過齒輪皮帶14聯(lián)接。所述電機(jī)9通過電機(jī)支撐架固定裝置7固定在工作臺I上，所述電機(jī)9與電機(jī)支撐架固定裝置7間通過電機(jī)支撐架8固定聯(lián)接。所述工作臺I上部通過角鋼支撐架18固定有支撐軸承17，所述支撐軸承17可支撐所述主傳動桿22和從動通氣導(dǎo)管13。所述支撐軸承17為推力球軸承。所述氬氣瓶3可放置于固定在工作臺I底部的氬氣瓶槽24內(nèi)。所述工作臺I