[发明专利]一种原位Al2

说明书

本发明属铝基复合材料技术领域，具体涉及一种原位Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料的制备方法。本发明将干燥后的纳米ZnO粉与铝粉进行混合，将混合粉料在球磨罐内的氩气保护下进行球磨。然后对球磨后的混合粉末进行干燥处理，再将经干燥后的球磨混粉加入到机械搅拌条件下的7085铝合金半固态熔体中，加入完毕后升温保温，再降温至一定温度施加相应的超声处理，静置除渣后浇铸获得原位Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料。本发明利用预制混粉加入铝熔体，反应物粉末利于率较高且增加了界面润湿性较易反应，制备工艺简单、绿色环保可控性好，制备出的铝基复合材料增强颗粒分布均匀，增强颗粒与基体界面干净，性能优异，适合大规模化生产。

技术领域

本发明属铝基复合材料技术领域，具体涉及一种原位Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料的制备方法。

背景技术

原位颗粒增强铝基复合材料具有高比强度、比刚度、比模量、耐磨性和热稳定性较好以及具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性。且相比外加法，其具有增强颗粒与基体界面结合润湿性好且结合强度高、因而在航空航天、国防、工业等多领域具有巨大的应用潜力。

目前用于原位铝基复合材料中最常见的增强颗粒主要有Al₂O₃、TiC和TiB₂等，而Al₂O₃颗粒硬度较高，能使以它为增强相的复合材料具有高比强度、比模量以及良好的耐磨性，目前制备Al₂O₃的方法主要集中于Al-ZrO₂、Al-TiO₂、Al-CuO以及Al-SiO₂这几种原位反应体系下，Al/ZnO体系是一种较新颖的反应体系，其易反应产生Al₂O₃,另外产生的Zn是一种强韧化元素，且能补充7085铝合金基体中烧损的Zn元素，达到良好的复合效果。

目前原位纳米颗粒增强铝基复合材料存在的一些主要问题包括：①纳米颗粒尺寸较小时增强体粉体团聚的趋势增加，颗粒在熔体中容易团聚，分散性较差；②增强颗粒与铝基体润湿性差颗粒难以在熔体中分散均匀；③原位反应的反应温度高，保温时间长，反应过程复杂难以控制，因此在反应过程中会有中间相等产生。因此，为了制备出性能优异的纳米颗粒增强铝基复合材料，还需添加几种辅助工艺如机械搅拌法、高能球磨法以及超声振动法等，来优化制备工艺体系。

其中机械搅拌法，是目前最常用的制备方法。该方法主要是通过搅拌器转动带动周围熔体循环流动，并产生能量使得颗粒润湿并且均匀分散。高能球磨法能促进球磨的主要作用是使ZnO粉嵌入Al粉内或粘附在Al粉表面，从而避免直接加入ZnO粉造成的初始团聚，达到预分散作用。高能超声波在熔融金属中传播时能够产生“瞬态空化效应”，这可以产生巨大的能量，不仅能破碎熔体中的气泡，对熔体有除气除渣的功能，还能打碎纳米颗粒团簇，促进颗粒的润湿性，迫使纳米粒子在熔体中均匀分散。所以几种辅助技术的结合，可以有效改善纳米颗粒增强铝基复合材料的制备问题。

发明内容

基于以上背景技术，本发明的目的是提供一种原位颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。此方法制备反应物无毒害安全环保，并以反应物粉末球混预磨并利用机械搅拌和超声分散法工艺相结合，将反应粉末加入到合金熔体中，从而制备出原位颗粒增强铝基复合材料。

本发明的原理如下：本发明采用的纳米ZnO粉，加入到铝合金熔体中，并与其发生原位反应，生成Al₂O₃颗粒，利用球磨工艺可以使ZnO粉嵌入Al粉内或粘附在Al粉表面，从而避免直接加入ZnO粉造成的初始团聚，改善反应界面的润湿性，从而达到预分散作用。