[发明专利]一种非晶合金增强的铝基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非晶合金增强的铝基复合材料及其制备方法，属于复合材料制备技术领域。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料具有高比强度、高比模量、耐磨性及尺寸稳定性好等优异的性能。作为一种新型的结构材料，在航空航天、汽车、通信行业等领域具有广泛的应用前景，还可以作为高级涂料的添加剂。然而，由于颗粒增强铝基复合材料塑形和韧性较差，这限制了其在结构材料方面的应用。如何提高其塑形和韧性，一直是研究者追求的目标。

颗粒增强铝基复合材料由颗粒增强体和基体构成，目前所广泛应用的增强体材料有SiC、Al₂O₃等，因为它们密度低，弹性模量高。然而这些颗粒作为增强体有很多缺点，例如基体与增强体的界面会发生不良的界面反应，使界面会出现剥离问题，并且会造成复合材料的致密度、以及力学性能等出现下降趋势。

与陶瓷颗粒相比，非晶合金具有高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性，与基体材料会形成良好的界面，界面结合力也会增强，避免了上述界面结合不良好的情况。

发明内容

针对现有技术的缺点和不足，本发明提供了一种非晶合金增强的铝基复合材料，所述复合材料以铝基非晶合金为增强体，以铝合金为基体，增强体分散均匀，与基体界面结合强度高，界面状态好，复合材料的致密度和硬度高。

本发明还提供了上述非晶合金增强的铝基复合材料的制备方法，该方法操作简单，工艺温度较低，由于制备的Al 基非晶合金晶化温度高于1200K，具有极佳的热稳定性，故在烧结过程中仍以稳定非晶相存在，增强体与基体界面结合状态好。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种非晶合金增强的铝基复合材料，该复合材料以铝基非晶合金为增强体，以铝合金为基体，铝基非晶合金均匀的分散在铝合金中。

上述复合材料中，铝基非晶合金所占的体积分数为5%~40%，铝合金所占的体积分数为60%~95%。

上述复合材料中，所述铝基非晶合金优先选用AlFe系非晶合金。非晶状态的合金比晶化状态的合金能够对复合材料的性能起到更好的增强作用。本发明的AlFe非晶合金初始晶化温度高（>1200K），热稳定性好，在烧结过程中不会发生晶化。

上述AlFe非晶合金中，Al与Fe的原子百分比为70~85:15~30，例如Al₈₅Fe₁₅非晶合金、Al₇₀Fe₃₀非晶合金。

上述复合材料中，所述铝合金可以选用牌号为2XXX系列或6XXX系列的铝合金。2XXX系列是以铜为主要合金元素的铝合金，6XXX系列是以镁为主要合金元素并以Mg₂Si相为强化相的铝合金。

本发明复合材料由铝基非晶合金与铝合金构成，因为铝合金性能的差异，所得复合材料的性能有一定差异。因为增强体也是以铝为主元素，与铝基体间更易于结合，增强体和基体之间的界面结合强度高，界面状态好，不易彼此脱离。

本发明复合材料中，铝基非晶合金以颗粒状态分散在基体中，颗粒分布均匀，没有团聚现象，所得复合材料致密度和硬度大大提高。此外，增强体和基体结合良好，复合材料的强度、硬度提高。

本发明还提供了该非晶合金增强的铝基复合材料的制备方法，该方法先制得铝基非晶合金粉末，再将铝基非晶合金粉末和铝合金粉末混合球磨制得混合物料，最后将混合物料真空热压烧结成型，即得。

本发明制备方法，具体包括以下步骤：

(1)制备铝基非晶合金粉末：将Al粉和Fe粉混合，加入球磨罐中，在惰性气体和保护剂的保护下进行机械合金化，球磨时的转速≧300rpm，直至得到铝基非晶合金粉末；

（2）混粉：将铝基非晶合金粉末和铝合金粉末装进球磨罐中并密封，在≧200rpm的转速下球磨10-15h，得到混合物料；

（3）真空热压烧结：将混合物料先在723K~823K下保温15~20min，然后升温到823K~873K，加压至5~10MPa，保温25~30min，得非晶合金增强的铝基复合材料。

本发明方法中，所得铝基非晶合金粉末为AlFe非晶合金粉末，Al与Fe的原子百分比优选为70~85:15~30，其热稳定性良好，初始晶化温度高，在后续的烧结温度范围内能很好的保持非晶特性，和铝合金基体的界面能够非常好的结合。

上述步骤（1）中，Al粉和Fe粉的纯度≧99.9wt.%。

上述步骤（1）中，机械合金化在惰性气体和保护剂保护下进行，防止合金氧化。