[发明专利]热等静压原位合成高长径比晶须增强铝基复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种热等静压原位合成高长径比晶须增强铝基复合材料的方法，包括以下步骤：(1)按照镁粉：硼粉：铝粉或铝合金粉末摩尔比为(1～2):4:X，X＞10，比例配制混合粉末。(2)在保护气体氛围下对混合粉末进行球磨处理，得到预制粉末。(3)将球磨制备的预制粉末装入包套中，进行真空脱气和密封处理。(4)在完成步骤(3)后，将密封好的包套放入热等静压炉中进行等压烧结，得到晶须增强铝基复合材料，所采用的压力在50MPa～150MPa，烧结保温温度为铝或铝合金熔点的70％～95％之间，保温时间在1‑6小时之间。

技术领域

本发明属于金属基复合材料制备领域，涉及一种利用球磨混粉和热等静压工艺相结合，原位合成晶须形貌且具有较高长径比的晶须增强铝基复合材料。

背景技术

铝作为地球上含量最丰富金属元素，是工业应用中仅次于钢铁的第二大类金属材料。纯铝具有的密度低、导电导热性能好、热稳定性好等特点，被广泛应用在汽车制造、航空航天零部件、建筑材料等领域。但是，纯铝的强度低，难以满足性能要求更高的实际生产及工程应用的需要。晶须作为一种常见的铝基复合材料的增强体，具有高强度、高硬度以及良好的机械性能等特点，被认为是一种理想的增强体。通过不同的制备工艺将晶须复合到铝基体中，得到晶须增强铝基复合材料，不仅克服了纯铝基体的种种缺陷，而且晶须增强铝基复合材料拥有轻质高强，良好的热稳定性，耐磨损抗疲劳等性能。

原位法作为目前制备晶须增强铝基复合材料的一种主要工艺，它是直接在基体原料中加入合成晶须所需的原料，通过一定的方法混合后成型、烧结，在基体中原位生长出增强相的制备工艺。这种工艺能够解决晶须与基体润湿性差等一系列问题。但是由于采用化学反应的方式，通常制备的晶须在尺寸上不统一，长径比差异也较大，在基体中往往形成一部分颗粒和短棒。不能充分发挥晶须在基体中增韧的作用，其他形式的增强体对晶须的增强方式也产生了影响，改变材料的力学性能。如何控制晶须形貌和长径比是原位合成方式的重大挑战。

原位法常用的是粉末冶金法，采用冷压烧结、放电等离子烧结、热压烧结、热等静压烧结等技术实现材料的制备。在上述技术中，前三种制备过程中未加压和轴向加压，不利于块体中颗粒的各向紧密接触，致使原子不能在各个方向均匀扩散，导致其他形式增强相的出现。热等静压(hotisostaticpressing，简称HIP)是一种集高温和高压于一体的一种工艺生产方法，通过以密闭容器中通入的高压惰性气体作为传压介质，在高温和高压的共同作用下，由于试样的各向均衡受压，颗粒各向紧密接触，原子均匀扩散，也使得加工后的产品的致密度高且均匀性好，这种工艺结合了冷压和热压烧结的优势，同时该技术具有材料损耗小、生产周期短、能耗低、工序少等特点，是一种理想的材料制备工艺。

发明内容

针对现有原位制备晶须尺寸控制较差的缺点，本发明的目的在于提供一种新的制备工艺，原位合成方式制备形貌统一且具有较高长径比的MgAlB₄晶须增强铝基复合材料，得到各向同性的复合材料。该方法能够提高铝基复合材料的综合力学性能，有效克服外加增强体的缺点。并且生产周期短、制备工艺稳定且简单、所用原料来源广，能够大规模工业化制备，实现产业化。为达到上述目的，本发明通过以下技术方案加以实施，

一种热等静压原位合成高长径比晶须增强铝基复合材料的方法，包括以下步骤：

(1)按照镁粉：硼粉：铝粉或铝合金粉末摩尔比为(1～2):4:X，X＞10，比例配制混合粉末。

(2)在保护气体氛围下对混合粉末进行球磨处理，得到预制粉末。

(3)将球磨制备的预制粉末装入包套中，进行真空脱气和密封处理。

(4)在完成步骤(3)后，将密封好的包套放入热等静压炉中进行等压烧结，得到晶须增强铝基复合材料，所采用的压力在50MPa～150MPa，烧结保温温度为铝或铝合金熔点的70％～95％之间，保温时间在1-6小时之间。