[发明专利]一种高强高韧铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种高强高韧铝基复合材料的制备方法，先将Ti粉、碳纳米管粉、炭黑与Al粉均匀混合并球磨、放入模具中冷压成预制坯，发生燃烧合成反应，得到微纳混杂Al‑C‑Ti颗粒的中间合金烧结坯，将其与铝合金的熔体在喷射成形设备中混合，雾化后喷射沉积得到微纳混杂Al‑C‑Ti颗粒增强的铝基复合材料坯料，再进行挤压变形、固溶时效处理，最终得到管状或棒状的高强高韧铝基复合材料；本发明方法可同时提高铝合金的强度和延伸率，当微纳混杂Al‑C‑Ti颗粒占铝基复合材料的质量百分含量为0.5％时，抗拉强度提高了23.9％，延伸率提高了33.3％，本发明复合材料的制备方法简单，成本低，可控性强，可用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料技术领域，具体涉及一种高强高韧铝基复合材料的制备方法。

背景技术

铝基复合材料具有密度低、耐蚀性高、导电导热性能优异和加工性能好等优点，在航空航天、汽车工业等领域有非常广阔的应用前景。TiC颗粒具有高强度、高模量、高熔点，且与铝基体润湿良好，是铝基合金理想的强化相。此外，TiC与铝均为面心立方结构，晶格常数接近，可作为铝熔体异质形核核心，从而细化晶粒尺寸。

铝合金因具有良好的综合性能而被应用于航空、国防和民用工业等领域。但随着武器装备、新能源等尖端领域的跨越发展，对材料的综合性能要求越来越高，如何同时提高铝合金的抗拉强度和延伸率是关键。

发明内容

如何同时提高铝合金的抗拉强度和延伸率，是本发明要解决的技术问题，从而提供一种高强高韧铝基复合材料的制备方法。本发明方法能够有效提高铝合金材料的力学性能。

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种高强高韧铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将Ti粉、碳纳米管粉、炭黑与Al粉均匀混合并球磨处理，所述球磨处理完成后放入模具中冷压成预制坯；将所述预制坯发生燃烧合成反应，得到微纳混杂Al-C-Ti颗粒的中间合金烧结坯；

(2)将铝合金坯料放入喷射成形设备的感应炉中加热至750℃～780℃进行熔化得到铝合金熔体；同时用铝箔密封步骤(1)中制得的所述中间合金烧结坯，将其加热至500℃保温2h后取出并迅速压入所述铝合金熔体中，搅拌使所述微纳混杂Al-C-Ti颗粒的中间合金烧结坯完全熔入所述铝合金熔体，得到混合合金熔液；

(3)将步骤(2)中得到的所述混合合金熔液在所述喷射成形设备的雾化室进行雾化处理后形成混合合金雾化颗粒，在惰性气体保护下，从所述喷射成形设备的喷嘴喷出，使所述混合合金雾化颗粒在所述喷射成形设备的沉积器上沉积，获得微纳混杂Al-C-Ti颗粒增强的铝基复合材料坯料，其中微纳混杂Al-C-Ti颗粒占所述铝基复合材料坯料的质量百分含量为0.5％～2％；

(4)将所述微纳混杂Al-C-Ti颗粒增强的铝基复合材料坯料依次经过挤压变形、固溶时效处理，最终得到高强高韧铝基复合材料。

进一步地，步骤(1)中所述Ti粉、碳纳米管粉、炭黑与Al粉的质量比为1:0.9:0.9:7。在Al-Ti-C体系中添加碳纳米管粉和炭黑来改变碳源的组成和配比，从而获得同时具有微米和纳米混杂的Al-C-Ti颗粒中间合金烧结坯。

进一步地，步骤(1)中所述球磨处理的过程是采用直径为5mm的钢球，按球料比为10:1在氩气保护下密封，以转速为400r/min球磨20h。

进一步地，步骤(1)中所述燃烧合成反应是在氩气保护，燃烧温度为1100℃～1300℃，压力50MPa下进行真空烧结，保温时间为4min。