[发明专利]热压烧结原位合成尖晶石晶须/铝合金复合材料的方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种热压烧结原位合成尖晶石晶须/铝合金复合材料的方法，特别是涉及一种热压烧结原位合成尖晶石晶须/6061铝合金复合材料的方法，属于金属材料加工制造技术领域。

背景技术

在如今发展越来越快的工业进程中，铝合金由于固有的增强原理而不能满足特定环境下的性能要求，需要保证材料强度、刚度以及耐磨性的同时，又要保证低密度、低膨胀系数、高弹性模量等多种复杂的性能组合，在这种情况下，铝合金基复合材料已经成为替代原有铝合金产品的首要研发对象。6061铝合金基复合材料因其具有良好的可成型性、可焊接性和机加工性能，同时具有中等强度，在退火后仍能维持较好的操作性，在建筑、装饰、电子以及航天航空等领域应用十分广泛。

尖晶石晶须由于具有低的缺陷密度、稳定的高温力学性能和化学性能以及高强度和高硬度，并且其（100）晶面与铝的（100）晶面的晶格错配度仅为0.25%，在所有增强体中是最低的，因此尖晶石晶须正逐渐成为一种新型铝基复合材料的增强体，得到了愈来愈多的研究和关注。在之前报道的制备方法中，利用冷压烧结-热挤压成型的方法，已经可以在铝复合材料内部原位生成尖晶石晶须，并且得到性能稳定的复合材料棒材。该方法工艺简单，所得的复合材料内部的尖晶石晶须结晶良好，产率稳定，在铝基体内部分布均匀，使得复合材料的综合力学性能有了很大的提升。然而由于复合材料的性能和其致密度密切相关，该方法制备的材料，其致密度一般小于理论密度，从而一定程度上影响了复合材料的性能。

热压烧结是将干燥粉料充填入模型内，再从单轴方向边加压边加热，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法。由于热压烧结加热加压同时进行，粉料处于热塑性状态，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，因而成型压力仅为冷压的1/10；还能降低烧结温度，缩短烧结时间，从而抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和机械性能良好的产品。陈德江等人研究了热压烧结制备SiCw/ZrB2陶瓷复合材料，得到的复合材料力学性能显著提高；另外包艳蓉等人用热压法原位合成了TiC~xNi复合材料,并对其组织与性能进行了相关研究等等。而有关铝合金基复合材料热压烧结的研究尚未见报道。

鉴于此，本发明采用热压烧结法原位合成尖晶石晶须/6061铝合金基复合材料，并对复合材料的致密度、硬度等力学性能进行了研究。以期获得组织细小、成分均匀的高致密复合材料，提高材料的性能，推进铝合金基复合材料的应用和发展。

发明内容

本发明旨在提供一种热压烧结法原位合成尖晶石晶须/铝合金复合材料的方法。该方法将烧结与加压同时进行，一步成型，工艺简单，并且能够有效地提高复合材料的致密度和强度。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种热压烧结法原位合成尖晶石晶须/铝合金复合材料的方法，所述的铝合金是指6061铝合金，其特征在于包括以下过程：

1）机械球磨得到预制原料粉末：

按照质量比 15:2:3 称取粒径小于200目的6061铝合金粉和粒径小于200目的镁粉以及硼酸粉末，在研钵内混合均匀后，将混合均匀的粉体及质量分数为粉体总质量的1.5~3%的硬脂酸控制剂加入球磨罐中，按粉体质量与氧化锆磨粒质量比为1:10~15以及700~750转/分钟的转速进行球磨10~12小时后得到预制原料粉末；

2）6061铝合金基体内原位生成尖晶石晶须：

将步骤1）制得的预制原料粉末加入方舟中，将方舟放入管式炉中进行煅烧，煅烧的条件为：首先通入氩气排除空气，再以升温速度为5~10℃/min升温至700~800℃，保温1~4 h进行晶须的生长；反应结束后在氩气的保护下冷却至室温，得到尖晶石晶须/6061铝合金的复合材料粉末，收集尖晶石晶须/6061铝合金复合材料粉末，将其置于研钵机内研磨2~3小时，得到平均粒径达到1微米以下的尖晶石晶须/6061铝合金的复合材料粉末；

3）热压烧结得到块体复合材料：

将步骤2）得到的尖晶石晶须/6061铝合金的复合材料粉末加入高纯石墨模具中，然后将其放入真空热压炉内，以真空度为0.1~0.01Pa, 及以升温速度为8~10℃/min升温至500~600℃，和30~50MPa的压力保温1~2 h的条件下进行热压烧结成型，得到尺寸稳定，致密度高的尖晶石晶须/铝合金复合材料块体。