[发明专利]微纳米硬软磁双相混杂颗粒增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种微纳米硬软磁双相混杂颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，该方法属于金属材料冶金及热处理技术领域。选用微米级强磁性钕铁硼颗粒(Nd₂Fe₁₄B)及非晶纳米晶软磁颗粒(Fe₇₆Si₉B₁₀P₅)混杂增强7075铝合金。本发明将复合材料块体母材放入强磁场微波短时烧结炉中，采用强磁场辅助微波烧结工艺并对制备好的母材进行固溶处理与磁场油浴耦合时效处理，制备高强韧高磁性能的混杂颗粒增强铝基复合材料。通过调控不同增强颗粒配比，磁场油浴耦合时效处理工艺，从而获得具有优秀综合力学性能，磁性能的铝基复合材料。

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及磁性功能铝基复合材料，即一种微纳米硬软磁双相混杂颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

铝合金是最轻的结构金属之一，因其具有低密度，高强度，易于回收利用和杰出的耐腐蚀性能，在航空航天、电子、汽车和国防领域具有提高能源效率的巨大潜力。随着工业的发展人们对于铝合金的性能追求越来越严格，如何获得多功能性，如高强韧高磁性能的铝合金一直是科学家所追求的目标，混杂双相增强这种技术手段可以有效提升铝合金材料的强韧性，这是因为不同增强体粒度在基体中起到的作用不一样，纳米级颗粒增强体在基体中有着较好的弥散强化作用，可以有效提高铝基复合材料的强度；而微米级增强体在基体中起到骨架支撑作用，会使复合材料的整体硬度和耐磨性大幅度增强，因此与单一增强体相比，通过多尺度增强颗粒及多种类增强颗粒之间的相互作用以及混杂效应，可以保持各增强相的优势，可以得到高硬度高耐磨性的混杂颗粒增强铝基复合材料。在提升材料的强韧性有了理论依据后对于增强体的选择尤为重要。

混杂颗粒增强铝基复合材料研究正处于新兴阶段，相关研究较少，目前混杂颗粒增强铝基复合材料的增强相多数采用单一微米或单一纳米尺度的SiC、Al₂O₃增强颗粒，基体多选择高强度的铝合金，与现有颗粒增强铝基复合材料而言，外加纳米级颗粒会产生团聚现象，从而影响材料的强韧性，对于外加微米增强体颗粒大部分选择的是无磁性、非金属、陶瓷等材料这不仅会弱化外加颗粒与铝合金界面的结合效果，也会在强磁场微波短时烧结技术下不会对材料内外加微纳米级颗粒有良好的改形/性效果及场效应的改善，因为对于混杂增强两种颗粒的选择时既要保持其高强度的同时，又要考虑到增强体本身与铝合金界面结合问题，又要其具有磁性。与铝合金相比，由非晶态合金/金属玻璃/陶瓷颗粒增强的基于Al合金的复合材料(AMMC)可以产生高性能的复合材料。显示出优异的机械性能的潜力，例如高拉伸强度，良好的延展性，良好的耐磨性，抗疲劳性等，其中非晶纳米晶软磁Fe₇₆Si₉B₁₀P₅粉末是一种新型增强铝基复合材料，具有高饱和磁感应强度、高磁导率、高强度，高模量，耐磨，耐疲劳，尺寸稳定性好，低矫顽力等优点，本身作为铁基非晶合金与铝合金相容性良好优于传统的陶瓷颗粒，可适当提高体积分数等获得更加均匀的铝基复合材料，既可以解决颗粒破碎、界面结合度、结合良好的界面有利于载荷从基体向增强体中传递，从而提高了复合材料的强度，并使得复合材料具有良好的塑性。而对于现有铝基复合材料来说由于其本身不具有磁性，即使加入了部分软磁性纳米级增强体其总体磁性能较弱，因此硬磁微米级Nd₂Fe₁₄B颗粒由于其本身为第三代硬磁材料，若是作为微米级增强相的加入则既提升了材料的强度的同时又提升了复合材料总体的磁性能。综上通过添加非晶纳米晶软磁Fe₇₆Si₉B₁₀P₅粉末及微米级硬磁Nd₂Fe₁₄B颗粒作为混杂增强的微纳米颗粒的选择在保持其高强度、与铝合金具有良好界面结合的条件下，并使得选择的颗粒都具有优异的磁性能，在强磁场微波短时烧结及磁场油浴时下过程中都会有效调控材料内部外加颗粒的微观形貌，进一步提升材料的综合性能。

发明内容