[发明专利]一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，所述纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料以纳米碳化硅颗粒为增强粒子，以铝合金为基体，且其中纳米碳化硅颗粒的体积分数为6～16%，其余为铝合金，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

步骤一：在氩气保护下，取体积分数为1～5%的纳米碳化硅颗粒和95～99%的铝合金粉进行混合，投入密封球磨罐，将密封球磨罐抽真空后再充入氩气，经抽真空及充入氩气循环2～5次，得混合料；

步骤二：将装有步骤一制得的混合料的密封球磨罐在-20～20℃条件下进行球磨15～25h得球磨料，且在球磨过程中每隔2h停机一次，冷却0.5h后继续球磨；

步骤三：将步骤二制得的球磨料装入耐热钢模具，将模具放入真空热压烧结设备中，在抽真空后开始加热进行真空除气，最后在120～150MPa压力下预压，使原料的致密度达到75%，得预成型件；

步骤四：将步骤三制得的预成型件放入空气炉中，在30min内加热到560～600℃，在60～90MPa条件下保温保压2～4h后降至常压，先缓慢降温至500℃，再快速降温至150℃以下，得体积分数为1～5%的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的成型件；所述缓慢降温是指将温度降至500℃的时间为1h，所述快速降温是指从500℃降至150℃以下的时间低于0.5h；

步骤五：将步骤四制得的成型件置于真空炉中，在18～50 Pa下，在40min内将真空炉内快速加热到1410～1510℃进行真空浓缩蒸发，保温0.5～8h将部分铝合金基体蒸发后冷却至常温即制得体积分数为6～16%的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料；

步骤六：将步骤五制得的体积分数为6～16%的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料在490～515℃的条件下进行固溶处理2～3h,经过水淬后再于170～200℃的条件下进行时效处理8～16h，即制得最终产品。

2.根据权利要求1所述的一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：所述纳米碳化硅颗粒的纯度为99.9%以上，其粒径为：40nm≤D50≤60nm；所述铝合金粉为2024铝合金粉，其粒径为8～12μm。

3.根据权利要求1所述的一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：所述纳米碳化硅颗粒通过将微米碳化硅颗粒在-20～20℃的温度条件下，在充氩气保护的球磨密封罐内进行球磨15～35h制得，所述球磨的磨球为氧化锆，磨球直径为5～10mm，球料比为20：1～80：1。

4.根据权利要求1所述的一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中抽真空后密封球磨罐内的压力低于1×10^-2Pa，充入氩气后密封球磨罐内的压力为1×10⁵～1.5×10⁵Pa。

5.根据权利要求1所述的一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中球磨的磨球为玛瑙球，直径为5～15mm；球料比为10:1～20:1；球磨的转速为220～380r/min。

6.根据权利要求1所述的一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的真空条件为真空度≤1×10^-2Pa；所述加热除气方法为在30min内加热至400～500℃，除气时间为90～120min。

7.根据权利要求1所述的一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中保压方式为：在60～90MPa条件下保压30min后放至常压5min,并依次循环。

8.根据权利要求1所述的一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤五中将部分铝合金基体蒸发后的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料以5～20℃/min的速度冷却至常温。