一種基于超聲及機械振動復合制備納米氮化鋁增強鋁基復合材料半固態漿料的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬材料制備領域，特別涉及鋁基復合材料半固態漿料的制備方法。
【背景技術】
[0002]半固態合金在成形過程中充型平穩，產生的熱應力低，縮孔、縮松缺陷少，凈近成形。顆粒增強銷基復合材料具有比強度、比剛度尚、尚耐磨性、尚的減振性等許多優點。氣化鋁顆粒因其具有良好的物理化學，機械及熱性能，是理想的增強相，為廣大學者所關注。微米顆粒可以改善基體的屈服強度及極限抗壓強度，但使基體的延展性變差。納米顆粒能在保持較低含量下明顯提高基體的彈性模量、屈服強度、抗磨性及高溫蠕變性，因而逐漸受到重視。大量研宄發現納米陶瓷顆粒與鋁合金熔體的潤濕性差，且在熔體中的狀態不穩定。而通過傳統的工藝制備納米復合材料存在納米顆粒易團聚、含量不高、工藝復雜、成型受限等問題使得鋁基納米復合材料的性能提高的潛力受到很大的影響。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種納米氮化鋁顆粒增強鋁基復合材料半固態漿料的制備方法
本發明是通過以下技術方案實現的。
[0004]本發明所述的制備方法為:首先將納米氮化鋁顆粒與鋁粉末混合進行球磨50?60h，其中納米氮化鋁顆粒與鋁粉末的質量比為1:1?2:3，球磨速度為60?70rpm ;將混合粉末放入坩鍋內加熱，溫度控制在660?670°C ;空冷、碾碎，過篩，其中網孔尺寸為1000?850 μ m ;將鋁合金放入坩鍋內加熱、熔化，在溫度700?750°C時，按納米氮化鋁顆粒的加入量為鋁合金熔體的I?4wt.%的量，將上述過篩后的混合粉末加入到鋁合金熔體中，加入時間為5?lOmin，在加入過程中引入高能超聲到鋁合金熔體中，超聲頻率20KHz、功率I?3KW，之后繼續超聲處理5?1min ;將熔體溫度降至合金半固態溫度區間，降溫速率為5?
150C /min,此過程施加機械振動處理，振動功率1.5KW、頻率400?600Hz及振幅0.5?
1.5mm ;即可獲得納米氮化鋁增強鋁基復合材料半固態漿料。
[0005]純鋁顆粒塑性較好，容易被陶瓷顆粒壓入。低能球磨盡可能很好地分散顆粒又可以避免有害的化學反應。熔體表面張力的作用可以使小顆粒很難加入而大顆粒因其自身重力可以很容易克服這種抗力。超聲對熔體產生的空化、聲流對顆粒的潤濕及分散有很大的促進作用。機械振動產生的正弦波能夠在介質傳播，且有強烈沖擊力產生。
[0006]本發明所述的納米氮化鋁及鋁的顆粒尺寸優選納米氮化鋁30?lOOnm，鋁58?75 μ m0
[0007]本發明得到的鋁基納米復合材料組織中初生α-Α1相細小且分布均勻，納米氮化鋁顆粒分布均勻，無團聚現象。此工藝成本低、簡單；安全可靠；操作方便。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明制備制備的半固態A356鋁基納米復合材料漿料的顯微組織。
【具體實施方式】
[0009]本發明將通過以下實施例作進一步說明。
[0010]實施例1。
[0011]首先將納米氮化鋁顆粒與鋁粉末混合進行球磨60h，其中納米氮化鋁顆粒與鋁粉末的質量比為2:3，球磨速度為70rpm ;將混合粉末放入坩鍋內加熱，溫度控制在660°C ；空冷、碾碎，過篩，其中網孔尺寸為850 ym ;將7075鋁合金放入坩鍋內加熱、熔化，在溫度700°C時，按納米氮化鋁顆粒的加入量為鋁合金熔體的Iwt.%的量，將上述過篩后的混合粉末加入到7075鋁合金熔體中，加入時間為5min，在加入過程中引入高能超聲到鋁合金熔體中，超聲頻率20KHz、功率1KW，之后繼續超聲處理5min ;將熔體溫度降至635°C，降溫速率為50C /min，此過程施加機械振動處理，振動功率1.5KW、頻率400Hz及振幅0.5mm ;即可獲得納米氮化鋁增強鋁基復合材料半固態漿料。
[0012]實施例2。
[0013]首先將納米氮化鋁顆粒與鋁粉末混合進行球磨50h，其中納米氮化鋁顆粒與鋁粉末的質量比為1:1，球磨速度為60rpm ;將混合粉末放入坩鍋內加熱，溫度控制在670°C ;空冷、碾碎，過篩，其中網孔尺寸為ΙΟΟΟμπι ;將6063鋁合金放入坩鍋內加熱、熔化，在溫度750°C時，按納米氮化鋁顆粒的加入量為鋁合金熔體的2wt.%的量，將上述過篩后的混合粉末加入到6063鋁合金熔體中，加入時間為lOmin，在加入過程中引入高能超聲到鋁合金熔體中，超聲頻率20KHz、功率2KW，之后繼續超聲處理5min ;將熔體溫度降至652°C，降溫速率為10°C /min，此過程施加機械振動處理，振動功率1.5KW、頻率500Hz及振幅0.5mm ;即可獲得納米氮化鋁增強鋁基復合材料半固態漿料。
[0014]實施例3。
[0015]首先將納米氮化鋁顆粒與鋁粉末混合進行球磨60h，其中納米氮化鋁顆粒與鋁粉末的質量比為1:1，球磨速度為70rpm;將混合粉末放入坩鍋內加熱，溫度控制在660°C ；空冷、碾碎，過篩，其中網孔尺寸為850 μπι;將A356鋁合金放入坩鍋內加熱、熔化，在溫度700°C時，按納米氮化鋁顆粒的加入量為鋁合金熔體的Iwt.%的量，將上述過篩后的混合粉末加入到A356鋁合金熔體中，加入時間為5min，在加入過程中引入高能超聲到鋁合金熔體中，超聲頻率20KHz、功率1KW，之后繼續超聲處理5min ;將熔體溫度降至605°C，降溫速率為15°C /min，此過程施加機械振動處理，振動功率1.5KW、頻率600Hz及振幅1.5mm ;即可獲得納米氮化鋁增強鋁基復合材料半固態漿料。
[0016]附圖1為實施例3條件下獲得的的半固態A356鋁基納米復合材料漿料的組織，圖中可見，所獲得的鋁基復合材料組織中沒有粗大的樹枝初生晶出現，初生α-Al相被超聲空化效應及機械振動產生的強大沖擊力擊碎，明顯細化。超聲空化及聲流作用使得納米氮化鋁粉末在熔體中均勻分布。
【主權項】
1.一種基于超聲及機械振動復合制備納米氮化鋁增強鋁基復合材料半固態漿料的方法，其特征是首先將納米氮化鋁顆粒與鋁粉末混合進行球磨50?60h，其中納米氮化鋁顆粒與鋁粉末的質量比為1:1?2:3，球磨速度為60?70rpm ;將混合粉末放入坩鍋內加熱，溫度控制在660?670°C ;空冷、碾碎，過篩，其中網孔尺寸為1000?850 μm ;將鋁合金放入坩鍋內加熱、熔化，在溫度700?750°C時，按納米氮化鋁顆粒的加入量為鋁合金熔體的I?4wt.%的量，將上述過篩后的混合粉末加入到銷合金恪體中，加入時間為5?lOmin，在加入過程中引入高能超聲到鋁合金熔體中，超聲頻率20KHz、功率I?3KW，之后繼續超聲處理5?1min ;將熔體溫度降至合金半固態溫度區間，降溫速率為5?15°C /min，此過程施加機械振動處理，振動功率1.5KW、頻率400?600Hz及振幅0.5?1.5mm。
2.根據權利要求1所述的基于超聲及機械振動復合制備納米氮化鋁增強鋁基復合材料半固態漿料的方法，其特征是所述的納米氮化鋁及鋁的顆粒尺寸為納米氮化鋁30?10nm,銷 58 ?75 μ m0
【專利摘要】一種基于超聲及機械振動復合制備納米氮化鋁增強鋁基復合材料半固態漿料的方法，首先將納米氮化鋁顆粒與鋁粉末按質量比為1:1～2:3混合60～70rpm球磨50～60h；將混合粉末放入坩鍋內加熱至660～670℃；空冷、碾碎，過篩；將鋁合金放入坩鍋內熔化，700～750℃時，按納米氮化鋁顆粒的加入量為鋁合金熔體的1～4wt.%的量，將上述過篩后的混合粉末5～10min加入到鋁合金熔體中，同時引入20KHz、1～3KW高能超聲，之后繼續超聲5～10min；將熔體溫度5～15℃/min降至合金半固態溫度區間，并施加機械振動處理，功率1.5KW、頻率400～600Hz及振幅0.5～1.5mm。本發明得到的鋁基納米復合材料組織中初生ɑ-Al相細小且分布均勻，納米氮化鋁顆粒分布均勻，無團聚現象，工藝成本低、簡單；安全可靠；操作方便。
【IPC分類】C22C21-00, C22C1-10
【公開號】CN104532046
【申請號】CN201410812703
【發明人】閆洪, 陳小會
【申請人】南昌大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月24日