一种铝基复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及金属基复合材料，尤其涉及一种铝基复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、铝基复合材料具有高比强度、高比刚度、耐热、耐磨、低膨胀、高热导以及设计自由度大等优点，是一种兼具优良结构和功能性能的结构功能一体化先进材料，在航空航天、汽车、电子封装以及体育产业等领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景，已成为金属基复合材料中最常用和最重要的材料之一。近年来，颗粒增强铝基复合材料因其具有优异性能而受到广泛关注，市场需求量大，对其性能要求也越来越高。

2、传统颗粒增强铝基复合材料普遍存在增强颗粒与基体浸润性差，界面反应难以控制，增强颗粒分布不均匀，容易出现显微缩孔及裂纹，制备工艺复杂、成型受限，导热性能不足和机械力学性能有待进一步提高等缺陷。

3、为了解决上述问题，授权公告号为cn105671387b的中国发明专利公开了一种铝基复合材料及其制备方法，所述铝基复合材料是以重量比计铝85％-99％，铁0.1％-1％，锌0.2％-1％，铜0.5％-4％，碳材料0.2％-9％经过碳材料的分散、铝基混合、退火处理等步骤制备而成。该发明所述的铝基复合材料通过分散-混合干燥-压铸成型-烧结-铸造的工艺流程在铝基材料中的掺入碳材料，得到一种导热系数高、导热性能好的铝基复合材料，室温时铝基复合材料导热系数高达285w/(m·℃)。然而，该材料机械力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能仍然有待进一步提高。

技术实现思路

1、本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种机械力学性能好，耐磨性和耐腐蚀性能佳，导热效果显著的铝基复合材料及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种铝基复合材料，包括基体材料以及均匀分布于基体材料内的改性增强纤维布，所述改性增强纤维布占铝基复合材料重量的8-12％；所述基体材料包括如下按质量百分比计的各成分制成：si 3％-5％、sr 0.1％-0.3％、cu1％-3％、ga 0.01％-0.03％、v 0.05％-0.15％、cr 0.3％-0.5％、hf 0.1％-0.3％、re 0.01％-0.03％、os0.001％-0.005％、be 0.001％-0.003％、te 0.01％-0.03％、稀土元素0.1％-0.2％、mo 0.1％-0.3％和纳米增强体成分0.03％-0.05％，余量为al。

3、优选的，所述改性增强纤维布的制备方法，包括如下步骤：将改性剂分散于水中，混合均匀后，将增强纤维布浸泡于其中10-20h，取出后，在105-110℃下干燥至恒重，得到改性增强纤维布。

4、优选的，所述改性剂是由硅酸钠和1,3-二[三(羟甲基)甲氨基]丙烷按质量比(1-3):(0.3-0.5)混合而成的混合物；所述改性剂和水的质量比为1:(5-8)。

5、优选的，所述增强纤维布为青海固湘gx-cf300碳纤维布、06无碱玻璃纤维布ewr600-100中的任意一种。

6、优选的，所述稀土元素为sc、y和nd按质量比(2-3):1:(0.1-0.2)混合而成的混合物。

7、优选的，所述纳米增强体成分为纳米硼化钽、纳米硅化铌和纳米氮化钪按质量比1:(0.8-1.2):(0.1-0.3)混合而成的混合物；所述纳米增强体成分的粒径为10-80nm。

8、本发明的另一个目的，在于提供一种所述铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

9、步骤s1：以铝锭、si-al中间合金、sr-al中间合金、cu-al中间合金、ga-al中间合金、v-al中间合金、cr-al中间合金、hf-al中间合金、re-al中间合金、os-al中间合金、be-al中间合金、te-al中间合金、稀土元素-al中间合金和mo-al中间合金为原料，按照比例配料，在真空感应炉中熔炼成合金熔液；再将在500-600℃下预热的纳米增强体成分加入上述合金熔液中，经过多能场处理后，得到基体材料熔体；

10、步骤s2：将经过步骤s1制成的基体材料熔体浇入到经430～470℃预热处理的放置有改性增强纤维布的模具中，冷却固化后脱模；

11、步骤s3：热处理后制得铝基复合材料。

12、优选的，步骤s1中所述熔炼的温度为700～770℃。

13、优选的，步骤s1中所述多能场处理包括超声波处理和磁场处理，所述超声波处理的超声频率为20～50khz、功率600～1100w，时间为8～15min；所述磁场处理的磁场强度为5000-12000gs，时间为5～10min。

14、优选的，步骤s3中所述热处理包括固溶处理、时效处理和退火处理；所述固溶处理的温度为490-510℃，保温时间为1-3h，室温水冷；所述时效处理的温度为180-260℃，时间为8-10h；所述退火处理的温度为420-510℃，时间为3-5h。

15、和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、(1)本发明公开的铝基复合材料的制备方法，采用常规设备和生产线即可，资金投入少，耗能低，工艺过程简单，操作控制方便，制备效率和成品率高，制成的铝基复合材料质量好，适于工业化生产。

17、(2)本发明公开的铝基复合材料，包括基体材料以及均匀分布于基体材料内的改性增强纤维布，改性增强纤维布占铝基复合材料重量的8-12％；基体材料包括如下按质量百分比计的各成分制成：si 3％-5％、sr 0.1％-0.3％、cu 1％-3％、ga 0.01％-0.03％、v0.05％-0.15％、cr0.3％-0.5％、hf 0.1％-0.3％、re 0.01％-0.03％、os 0.001％-0.005％、be 0.001％-0.003％、te0.01％-0.03％、稀土元素0.1％-0.2％、mo 0.1％-0.3％和纳米增强体成分0.03％-0.05％，余量为al。纳米增强体成分为纳米硼化钽、纳米硅化铌和纳米氮化钪按质量比1:(0.8-1.2):(0.1-0.3)混合而成的混合物。通过各原料之间的相互配合共同作用，使得制成的铝基复合材料机械力学性能好，耐磨性和耐腐蚀性能佳，导热效果显著。

18、(3)本发明公开的铝基复合材料，采用改性增强纤维布，改性剂是由硅酸钠和1,3-二[三(羟甲基)甲氨基]丙烷按质量比(1-3):(0.3-0.5)混合而成的混合物；通过改性剂组分之间的相互配合作用，能有效改善增强纤维布与基体材料之间的相容性，提高润湿性和界面结合力，从而提高铝基复合材料内部结构的致密性，使得制成的铝基复合材料机械力学性能、耐磨性和耐腐蚀性能更佳，导热效果更显著。

19、(4)本发明公开的铝基复合材料，通过制备工艺的合理选取，使得制成的铝基复合材料结构致密，机械力学性能和耐磨性更佳，使用寿命更长。

技术特征：

1.一种铝基复合材料，其特征在于，包括基体材料以及均匀分布于基体材料内的改性增强纤维布，所述改性增强纤维布占铝基复合材料重量的8-12％；所述基体材料包括如下按质量百分比计的各成分制成：si 3％-5％、sr 0.1％-0.3％、cu 1％-3％、ga 0.01％-0.03％、v0.05％-0.15％、cr 0.3％-0.5％、hf 0.1％-0.3％、re 0.01％-0.03％、os0.001％-0.005％、be0.001％-0.003％、te 0.01％-0.03％、稀土元素0.1％-0.2％、mo0.1％-0.3％和纳米增强体成分0.03％-0.05％，余量为al。

2.根据权利要求1所述的铝基复合材料，其特征在于，所述改性增强纤维布的制备方法，包括如下步骤：将改性剂分散于水中，混合均匀后，将增强纤维布浸泡于其中10-20h，取出后，在105-110℃下干燥至恒重，得到改性增强纤维布。

3.根据权利要求2所述的铝基复合材料，其特征在于，所述改性剂是由硅酸钠和1,3-二[三(羟甲基)甲氨基]丙烷按质量比(1-3):(0.3-0.5)混合而成的混合物；所述改性剂和水的质量比为1:(5-8)。

4.根据权利要求2所述的铝基复合材料，其特征在于，所述增强纤维布为gx-cf300碳纤维布、06无碱玻璃纤维布ewr600-100中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的铝基复合材料，其特征在于，所述稀土元素为sc、y和nd按质量比(2-3):1:(0.1-0.2)混合而成的混合物。

6.根据权利要求1所述的铝基复合材料，其特征在于，所述纳米增强体成分为纳米硼化钽、纳米硅化铌和纳米氮化钪按质量比1:(0.8-1.2):(0.1-0.3)混合而成的混合物；所述纳米增强体成分的粒径为10-80nm。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述熔炼的温度为700～770℃。

9.根据权利要求7所述铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述多能场处理包括超声波处理和磁场处理，所述超声波处理的超声频率为20～50khz、功率600～1100w，时间为8～15min；所述磁场处理的磁场强度为5000-12000gs，时间为5～10min。

10.根据权利要求7所述铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述热处理包括固溶处理、时效处理和退火处理；所述固溶处理的温度为490-510℃，保温时间为1-3h，室温水冷；所述时效处理的温度为180-260℃，时间为8-10h；所述退火处理的温度为420-510℃，时间为3-5h。

技术总结本发明涉及金属基复合材料技术领域，尤其涉及一种铝基复合材料及其制备方法，包括基体材料及改性增强纤维布，改性增强纤维布占复合材料重量的8‑12％；基体材料包括：Si 3％‑5％、Sr 0.1％‑0.3％、Cu 1％‑3％、Ga 0.01％‑0.03％、V 0.05％‑0.15％、Cr 0.3％‑0.5％、Hf0.1％‑0.3％、Re 0.01％‑0.03％、Os 0.001％‑0.005％、Be 0.001％‑0.003％、Te 0.01％‑0.03％、稀土元素0.1％‑0.2％、Mo 0.1％‑0.3％、纳米增强体成分0.03％‑0.05％，余量为Al。该铝基复合材料机械力学性能好，耐磨性和耐腐蚀性佳，导热效果显著。技术研发人员：朱训明,贺桂春,邱显亮,李智祥,李强博,陆汉彬受保护的技术使用者：广东万丰摩轮有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13