[发明专利]一种纳米陶铝复合材料粉末及其制备方法和装置

说明书

本发明提供一种纳米陶铝复合材料粉末及其制备方法和装置，包括如下组分及其体积份数：铝合金粉末1‑10份、陶瓷纳米颗粒90‑99份，所述铝合金粉末为纯铝、6061铝合金、2024铝合金或7075铝合金，所述陶瓷纳米颗粒为粒径为1‑50nm的碳化硅、氧化铝、氮化硼或二硼化钛，经干燥、球磨、钝化后即得产品。本发明产品附加价值高，原料低廉，且制备方法高效，设备简单，通过调控球磨时间和原料的比例能够调控最终产品的粒径和结构，有利于工业化大规模生产。

技术领域

本发明涉及复合材料制造技术领域，具体涉及一种纳米陶铝复合材料粉末及其制备方法和装置。

背景技术

金属基复合材料起源于20世纪50年代末期，现在已经发展成为一种重要的工程应用材料。颗粒增强金属基复合材料多采用金属或合金为基体，陶瓷颗粒为增强相，结合了金属基体的高塑性和陶瓷增强相的高强度，具有良好的综合性能优势，包括高比强度、高弹性模量、高疲劳强度、高蠕变抗力、高耐磨和低热膨胀率等，已经被广泛应用于汽车制造、航空、船舶等领域。

随着粉末冶金成型技术和3D打印、金属粉末注射成型等近静成型技术的发展，纳米颗粒增强金属基复合材料粉末的制备得到了更广泛的关注和研究。传统的制备复合材料粉末的方法是首先通过铸造成形方法，例如：搅拌铸造法、原位自生法、挤压铸造法等获得复合材料块体，再通过气相法，比如惰性气体蒸发冷凝法，在低压Ar、He等惰性气体中加热复合材料金属块，使其蒸发后快速冷凝形成粉末，还可通过雾化法，利用惰性气体吹散、粉碎熔融金属，冷凝得到复合材料粉末。此种方法优点是：粒径可控，纯度较高，可制得纳米金属粉末，表面清洁，粉末团聚少。但是存在强化相与液相金属不易润湿，难以使颗粒在液相中均匀分布的缺点，还会引起不良的界面反应。而且，该方法步骤复杂、设备投入大、制造成本高。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种纳米陶铝复合材料粉末及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米陶铝复合材料粉末及其制备方法和装置，采用铝合金粉末和陶瓷纳米颗粒为原料，通过高能球磨、钝化制备，产品附加价值高，原料低廉，且制备方法高效，设备简单，通过调控球磨时间和原料的比例能够调控最终产品的粒径和结构，有利于工业化大规模生产。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纳米陶铝复合材料粉末，包括如下组分及其体积份数：铝合金粉末1-10份、陶瓷纳米颗粒90-99份，所述铝合金粉末为纯铝、6061铝合金、2024铝合金或7075铝合金，所述陶瓷纳米颗粒为粒径为1-50nm的碳化硅、氧化铝、氮化硼或二硼化钛。

一种纳米陶铝复合材料粉末的制备方法，包括以下步骤：

1）将铝合金粉末与陶瓷纳米颗粒的混合物放置于真空干燥箱内干燥；

2）在充满氩气的手套箱中，将干燥后的混合物装入球磨罐中，加入0.01wt.%-5wt.%的硬脂酸，并向球磨罐内充入氩气，进行高能球磨；

3）在充满氩气的所述手套箱中，打开球磨罐，并转移到过渡仓中进行钝化，即得产品纳米陶铝复合材料粉末。

根据以上方案，所述步骤1）中干燥的温度为30-120℃，干燥时间为1-12h。

根据以上方案，所述氩气中氧含量低于1000ppm，所述球磨采用行星式球磨机、搅拌式球磨机或振动式球磨机，磨球与铝合金粉末和陶瓷纳米颗粒混合物的质量比为1:1-50:1。当选用行星式球磨机时，磨球选用高铬钢球或不锈钢球，磨球直径为5-25mm。

根据以上方案，所述球磨的步骤为：先以50-200rpm球磨0.5-6h，使所述铝合金粉末和陶瓷纳米颗粒混合物混合均匀，随后在200-500rpm下球磨6-48h。