[发明专利]一种纳米Al4

说明书

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种纳米Al4C3增强铝基复合材料及其制备方法。将铝合金粉末球磨成叠片状，随后倒入聚乙烯醇水溶液混合搅拌后抽滤，再与碳纳米管悬浮液混合，使碳纳米管在片状铝粉上充分吸附，抽滤煅烧去除聚乙烯醇后得到复合粉末；将所得复合粉末致密化处理并二次加工，最后对二次加工后的复合材料进行搅拌摩擦加工，得到纳米Al₄C₃增强铝基复合材料。本申请的方法，以碳纳米管作为碳源，使用搅拌摩擦加工方法将碳纳米管与铝基体原位反应制备纳米Al₄C₃增强铝基复合材料，相较于搅拌摩擦加工前的碳纳米管铝基复合材料，纳米Al₄C₃增强铝基复合材料在保持原有强度的同时，进一步提高了塑性。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种纳米AlC₃增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

铝基复合材料具有密度低，比强度高，耐磨耐热等优点在航空航天，交通运输，国防军事等领域有着广泛的应用。铝基复合材料制备一般分为原位合成法和外加法两种，其中原位合成法制备的增强体与基体间界面洁净，稳定，结合强度高，制备所得的复合材料具有出色的力学性能。

Al₄C₃熔点为2100℃，密度为2.97g/cm³，弹性模量可达135GPa，作为增强相能够有效提高铝合金的力学性能，具有较好的发展潜力。但是常规大尺寸块状、针棒状及板片状Al₄C₃增强相并不能有效发挥强化效果，有明显的强塑性倒置问题，限制了其进一步应用。研究发现，减小增强体尺寸能够有效改善复合材料的塑性，小尺寸增强体可使应力分布更加均匀，减少了增强体和界面在应力集中作用下断裂的可能性，有效缓解局部提前断裂导致的塑性损失。当增强体尺寸减小到纳米级时，局部提前断裂现象几乎消失。公开号为CN111235436A的中国专利公开了一种原位合成碳化铝增强铝基复合材料及其制备方法，以石墨烯作为碳源，通过热压烧结的方法制备出纳米尺度的碳化铝。该方法热压烧结工艺复杂，难以精确控制增强相尺寸；公开号为CN109680188A的中国专利公开了一种纳米碳化铝颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，该方法未给出复合材料的热稳定性及高温力学性能。

同时，常见的纳米级增强的铝基复合材料焊接性差，以碳纳米管增强铝基复合材料为例，碳纳米管密度远低于铝基体，在传统熔化焊过程中，碳纳米管会在熔融基体中上浮并在范德瓦尔兹力的作用下团聚从而萌生裂纹，并与基体反应生成大量脆硬的大尺寸Al₄C₃相，严重影响了复合材料的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米Al₄C₃增强铝基复合材料及其制备方法，高速旋转的搅拌头能够在破坏碳纳米管结构的同时促进碳与铝基体反应生成均匀分布的纳米级Al₄C₃增强相，并抑制大尺寸Al₄C₃相的产生，避免裂纹孔洞等缺陷。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种纳米Al₄C₃增强铝基复合材料的制备方法，将铝合金粉末球磨成叠片状，随后倒入聚乙烯醇水溶液混合搅拌后抽滤，再与碳纳米管悬浮液混合，使碳纳米管在片状铝粉上充分吸附，抽滤煅烧去除聚乙烯醇后得到复合粉末；将所得复合粉末致密化处理并二次加工，最后对二次加工后的复合材料进行搅拌摩擦加工，得到纳米Al₄C₃增强铝基复合材料。

进一步的，所述的方法具体包括如下步骤：

步骤(1)：将铝合金粉末球磨成叠片状粉末；

步骤(2)：将步骤(1)得到的叠片状粉末倒入聚乙烯醇水溶液混合搅拌，抽滤；