[发明专利]一种三维网络增强铝合金复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种三维网络增强铝合金复合材料及其制备方法，制备方法如下：配制微晶纤维素溶液；取蔗糖溶于乙醇溶液中，滴加四乙氧基硅烷和草酸溶液搅拌；加入微晶纤维素溶液搅拌，加入甲基四胺使溶液凝胶；干燥，获得干凝胶；置于炭化炉中烧结，冷却至室温；用氢氟酸溶液洗涤，干燥后粉碎，获得三维网络结构的碳化硅颗粒；将铝合金加热至熔融，加入三维网络结构的碳化硅颗粒，采用电动机械搅拌器进行搅拌；浇铸进模具中即得。本发明通过采用三维网络结构的碳化硅颗粒，不仅保持了纳米量级的优势，同时，由于特殊的三维立体结构，能够防止纳米颗粒容易团聚，同时又能够充当连接体，提高与铝合金的接触的比表面积，获得更好的力学性能。

技术领域

本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种三维网络增强铝合金复合材料及其制备方法。

背景技术

轻质高强韧材料一直是人类探寻新材料不懈追求的目标，铝合金具有轻质、高比强度、耐腐蚀、易回收等优异特性，被广泛用于航空航天、国防、交通运输、电力等领域，已成为国民经济发展的重要支柱材料之一。随着各领域朝着轻量化、现代化、高速化方向发展，尤其是“以铝代钢”的发展要求，对高性能轻质高强韧铝合金的需求日趋强烈，而现有单一铝合金的性能已不能完全满足应用需求。而针对各领域的需求，研究者开发出了以铝合金为基体，以特定性能颗粒为增强相的铝基复合材料，它既保留了铝合金基体的共性，又凸显了增强相的个性，在航空航天、国防、民用等领域具有广阔的发展空间和应用前景，受到了国内外学者的广泛关注。铝合金基复合材料的力学性能随着增强颗粒粒径的减小而增大，这一方面归因于粒径的减小使铝合金基体的应变梯度增大，导致基体中大量位错释放，从而显著提升复合材料的力学性能。但当颗粒尺寸降至纳米量级时则增强颗粒容易发生团聚，导致复合材料强化效果降低。因此，采用特殊结构的纳米级增强颗粒，能够有效解决此问题。

发明内容

要解决的技术问题：针对上述的技术问题，本发明的目的是提供一种三维网络增强铝合金复合材料及其制备方法，通过采用三维网络结构的碳化硅颗粒，不仅保持了纳米量级的优势，同时，由于特殊的三维立体结构，能够防止纳米颗粒容易团聚，同时又能够充当连接体，提高与铝合金的接触的比表面积，获得更好的力学性能。

技术方案：一种三维网络增强铝合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：配制微晶纤维素溶液；

S2：取10-20份蔗糖溶于70份乙醇溶液中，滴加50-60份四乙氧基硅烷和10份3.5wt.％的草酸溶液，搅拌6h；

S3：加入30-50份微晶纤维素溶液，搅拌6h，加入5-8份35％的甲基四胺使溶液凝胶；

S4：置于120℃下干燥24h，获得干凝胶；

S5：置于炭化炉中，在Ar气气氛下，以4℃/min的升温速率加热至1000℃，然后以2℃/min的升温速率继续加热至1500℃，保温10h后自然冷却至室温；

S6：用40％的氢氟酸溶液洗涤，干燥后粉碎，获得三维网络结构的碳化硅颗粒；

S7：将铝合金加热至熔融，加入三维网络结构的碳化硅颗粒，采用电动机械搅拌器进行搅拌；S8：浇铸进模具中即得。

进一步的，所述微晶纤维素溶液的溶质为微晶纤维素，溶剂为质量比为9.5:4.5:86.0的氢氧化钠/硫脲/水的混合溶液；所述溶质和溶剂的质量体积比为1:(2-5)。

进一步的，所述乙醇溶液中乙醇与水的体积比为5:2。

进一步的，所述Ar气气流速为40-50mL/min。

进一步的，所述三维网络结构的碳化硅颗粒的粒径为200-500nm。

进一步的，所述铝合金和三维网络结构的碳化硅颗粒的质量比为100:(0.5-10)。

进一步的，所述铝合金和三维网络结构的碳化硅颗粒的质量比为100:(2-8)。

进一步的，所述搅拌转速为50-100r/min，搅拌时间为30-60min。

上述方法所制备的三维网络增强铝合金复合材料。

有益效果：