[发明专利]一种含纳米颗粒的铝电解质中复合电沉积制备铝基复合材料的方法

说明书

本发明涉及铝基复合材料制备技术领域，具体涉及一种含纳米颗粒的铝电解质中复合电沉积制备铝基复合材料的方法，将Na₃AlF₆、AlF₃、Al₂O₃与纳米颗粒充分混匀后得到含纳米颗粒的固态无机盐，将制备的含纳米颗粒的固态无机盐加入到铝电解槽的熔融铝电解质中，形成含纳米颗粒的熔融铝电解质，施加4～5V槽电压，纳米颗粒在阴极炭块上的电泳沉积与含铝的离子在阴极炭块上的电化学沉积同时进行，完成复合电沉积过程，在阴极炭块上得到含纳米颗粒的液态铝，出炉浇铸即可得含纳米颗粒质量百分比为0.5％～12％的铝基复合材料，该方法直接在铝电解槽的铝电解质中复合电沉积制备含纳米颗粒的铝基复合材料，得到的纳米颗粒均匀分布铝基复合材料，还降低了铝基复合材料的生成成本。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料的制备技术领域，具体涉及一种含纳米颗粒的铝电解质中复合电沉积制备铝基复合材料的方法。

背景技术

金属铝具有密度小、延展性高、易于成型、良好导电导热性，但其强度和耐磨性差，限制了其在某在高端领域的应用。陶瓷纳米颗粒硬度大且耐磨性强，含有陶瓷纳米颗粒的铝基复合材料在保持金属铝的优异性质的同时，相比金属铝还具有更好的强度和耐磨性能，在航空航天、汽车制造等领域具有广阔的应用前景。

铝基复合材料的制备方法分为液相法、固相法和液固混合法。液相法包括搅拌铸造、挤压铸造和喷射铸造。固相法包括粉末冶金和搅拌摩擦加工法。液固混合法包括复合铸造和半固态成形。在铝基纳米复合材料的制备过程中，由于陶瓷纳米颗粒与液态铝金属的润湿性差，同时纳米颗粒之间的相互吸引力较大，导致铝基复合材料中的纳米颗粒很容易团聚，很难分散，从而降低铝基纳米复合材料的性能。除了纳米颗粒的均匀分布存在问题外，铝基复合材料制备成本高也是限制铝基复合材料广泛推广的重要原因。

中国发明专利CN202011106713.8公开了一种金属硼化物涂层的制备方法，该方法首次提出了熔盐中纳米颗粒可以发生电泳沉积现象。考虑到液态金属铝的生产过程为熔盐中的电化学过程，如果能够实现在液态铝金属生成的同时，让熔盐中纳米颗粒发生电泳迁移，与铝离子共同在阴极上进行复合电沉积，则可提高原位生成铝液与纳米颗粒的润湿性并降低铝基复合材料的制备成本。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

本发明的目的在于解决纳米颗粒在铝基复合材料中的团聚与不能均分布的问题，提供了一种含纳米颗粒的铝电解质中复合电沉积制备铝基复合材料的方法。

为了实现上述目的，本发明公开了一种含纳米颗粒的铝电解质中复合电沉积制备铝基复合材料的方法，包括以下步骤：

S1：将Na₃AlF₆、AlF₃、Al₂O₃与纳米颗粒充分混匀后得到含纳米颗粒的固态无机盐；

S2：将步骤S1中得到的含纳米颗粒的固态无机盐加入到铝电解槽的熔融铝电解质中，形成含纳米颗粒的熔融铝电解质，施加4～5V槽电压，纳米颗粒在阴极炭块上的电泳沉积与含铝的离子在阴极炭块上的电化学沉积同时进行，完成复合电沉积过程，在阴极炭块上得到含纳米颗粒的液态铝，出炉浇铸即可得含纳米颗粒的铝基复合材料。

所述步骤S1中的纳米颗粒为碳化钛、碳化锆、二硼化钛、二硼化锆、氮化钛与氮化锆中的任意一种，纳米颗粒的尺寸为20～100纳米。