[发明专利]一种原位内生纳米NbB2陶铝复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及了一种原位内生纳米NbB₂陶铝复合材料的制备方法，包括以下四个步骤：(1)硼粉球磨活化预处理；(2)反应压坯的制备；(3)纳米颗粒原位反应；(4)纳米颗粒的热挤压分散及陶铝复合材料塑性成型；该制备方法操作简单，内生纳米NbB₂颗粒尺寸小，尺寸分布均匀。制备出的原位内生纳米NbB₂陶铝复合材料对于高硅铝合金、铁合金及钢等合金材料的纳米颗粒强化和组织细化有着重要的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及铝合金和陶瓷复合加工和制备领域，具体涉及一种原位内生纳米NbB₂陶铝复合材料的制备方法。

背景技术

铝合金作为一种应用最广泛的轻量化材料，广泛应用于交通工具、航空航天及军事等制造业中，特别是汽车行业中，它具有易于成型、减小零件结构重量等特点。近年来，由于对能源消耗和环境污染的控制越来越严格，因此，对材料的性能要求也逐渐提高。陶瓷颗粒增强金属基复合材料，由于其具有比强度高、硬度高、密度低、热稳定性好、耐磨损性能好等特点，逐渐成为一种极具竞争力的材料。通常情况下陶瓷颗粒与铝基体的润湿性较差，利用常规的外加方法容易造成纳米颗粒在基体中分散不均匀的情况，纳米颗粒的团聚严重影响了复合材料的性能。因此，利用内生法制备纳米陶瓷颗粒，其中陶瓷颗粒在基体中分散均匀，较低的陶瓷颗粒含量即可获得很好的强化效果，制备方法简单，成本易于控制。陶瓷颗粒增强金属基复合材料中的NbB₂作为过渡金属硼化物，具有高熔点、高硬度、较好的耐腐蚀性以及优异的高温力学性能等优点。铌的硼化物在机械、化学以及微电子等领域具有广泛的应用，利用它制备出的材料有耐火材料、切削用具材料、钻头材料以及耐磨件材料等。此外，NbB₂陶瓷颗粒强度高、比重大、密度较高，由于其比重接近于钢，所以加入到钢中可以避免纳米颗粒因为浮力而浮在钢熔体上部而无法较好的分散情况，从而避免了因为巨大的比重差而无法强化铁及其合金的情况。因此，纳米NbB₂陶瓷颗粒及纳米NbB₂陶铝复合材料综合性能较好且应用广泛，制备过程简单方便，对于高硅铝合金、铁合金及钢等的组织细化和纳米颗粒强化有着重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位内生纳米NbB₂陶铝复合材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种原位内生纳米NbB₂陶铝复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)硼粉球磨活化预处理：将硼粉放入球磨罐中，用球磨机将硼粉以200～300r/min的速度球磨活化处理1～3h；

(2)反应压坯的制备：

(2a)称取所需的粒度13～48μm的铝粉、球磨处理后粒度为0.5～1μm的硼粉、粒度为48μm的铌粉、粒度为45μm的铜粉以及粒度为45μm的锌粉备用；

(2b)将铝粉、铌粉、硼粉、铜粉、锌粉按以下几种配比配制成100g混合粉末制成Al-Nb-B-M压坯，其中M代表铜粉、锌粉，Nb/B质量比分别为4.30:1～1.72:1，摩尔比为1:2～1:5；铝粉的含量为60～90wt.％；铌粉含量为8.11～32.45wt.％；硼粉含量为1.89～11.03wt.％；Cu粉含量为0～5wt.％；锌粉的含量为0～5wt.％，具体如下：

①Al-Nb-B体系中反应生成纳米NbB₂陶瓷颗粒(Nb/B质量比为4.30:1；Nb/B摩尔比为1:2)的质量分数为10wt.％，其中，纳米NbB₂陶瓷颗粒中Nb/B质量比为4.30:1，Nb/B摩尔比为1:2；体系中铝粉、铌粉、硼粉、铜粉、锌粉各自重量分别为：铝粉：90克；铌粉：8.11克；硼粉：1.89克；铜粉：0克；锌粉：0克；配制成100克混合粉末；