纳米碳化硅颗粒增强铝基梯度复合材料的制备方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113953513A(43)申请公布日2022.01.21(21)申请号202111197833.8B22F3/24(2006.01)(22)申请日2021.10.14(71)申请人山东大学地址250100山东省济南市山大南路27号(72)发明人陈良李志刚赵国群钱钊张存生(74)专利代理机构北京嘉途睿知识产权代理事务所(普通合伙)11793代理人彭成(51)Int.Cl.B22F7/02(2006.01)B22F1/10(2022.01)B22F9/04(2006.01)B22F3/03(2006.01)B22F3/14(2006.01)权利要求书2页说明书11页附图15页(54)发明名称纳米碳化硅颗粒增强铝基梯度复合材料的制备方法及系统(57)摘要本发明公开了一种纳米碳化硅颗粒增强铝基梯度复合材料的制备方法，包括依次相连的超声分散反应筒、超声分散仪、升降翻转夹持机构、混合反应筒、磁力搅拌器、烘干箱、工业行星球磨机、梯度粉末压机、真空炉和高温炉，超声分散反应筒用于盛放待处理的纳米碳化硅粉末，超声分散仪用于超声分散纳米碳化硅，混合反应筒用于混合含有碳化硅增强体的悬浊液和2014A1合金悬浊液，通过升降翻转夹持机构超声分散反应筒内含有碳化硅增强体的悬浊液加入到混合反应筒内，磁力搅拌器用于搅拌混合反应筒内液体，烘干箱用于烘干初步混合的粉末，工业行星球磨机用于研磨复合材料粉末，所述梯度粉末压机用于纳米碳化硅/2014Al复合材料粉末挤压成形。实现了SiC和2014A1基体的紧密结合，大幅度提升了铝基体的弹性模量、屈服和抗拉强度，而不CN113953513A显著牺牲复合材料的塑性。CN113953513A权利要求书1/2页1.一种纳米碳化硅颗粒增强铝基梯度复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，溶剂辅助分散：1)按预定体积称取相应质量的纳米碳化硅粉末后倒入盛有无水乙醇的超声分散反应筒中，超声分散60min，同时将相应质量的2014A1合金粉末置于盛有无水乙醇的混合反应筒中，通过磁力搅拌对2014A1合金悬浊液进行电磁搅拌；其中，M2＝M‑M1其中，M、M1和M2分别为粉末总重量、纳米碳化硅粉末质量和2014A1合金粉末质量，ρ1和ρ2分别为纳米碳化硅粉末密度和2014A1合金粉末密度，V1和V2分别为纳米碳化硅粉末体积和2014A1合金粉末体积；2)随后在磁力搅拌下将超声分散反应筒中含有碳化硅增强体的悬浊液加入到含有2014A1合金悬浊液的混合反应筒中，加完后通过磁力搅拌器持续搅拌30min，静置沉降；3)待溶液澄清后，倒出部分清液后于70摄氏度烘干箱中烘干得到初步混合的粉末；步骤二，机械球磨：将复合材料粉末置于工业行星球磨机中机械球磨，过程中加入1.0wt％的硬脂酸；步骤三，通过梯度粉末压机粉末冶金：按照步骤一和步骤二方法分别制得纳米碳化硅体积分别为V1a和V1b的纳米碳化硅/2014Al复合材料粉末，通过一次粉末送料斗向成形腔底层铺入一层V1aSiC/2014A1复合材料粉末，用上压头于140MPa压强下冷压2min，移开上压头，通过二次粉末送料斗向成形腔铺入第二层V1bSiC/2014A1复合材料粉末，140MPa压强下保压2min，直至两层不同SiC体积分数的复合材料粉末全部放入并冷压成坯。2.如权利要求1所述的纳米碳化硅颗粒增强铝基梯度复合材料的制备方法，其特征在于：层状坯料转移至真空炉中加热至520度，保温50min，然后以140MPa压强热压烧结10min，自然降温。3.如权利要求2所述的纳米碳化硅颗粒增强铝基梯度复合材料的制备方法，其特征在于：冷却后的梯度复合材料在高温炉，控温精度±1度，固溶温度为502摄氏度，处理时间2h，固溶后进行冷水淬火。4.如权利要求1所述的纳米碳化硅颗粒增强铝基梯度复合材料的制备方法，其特征在于：按照步骤一和步骤二方法分别制得纳米碳化硅体积分别为1％和3％的纳米碳化硅/2014Al复合材料粉末，向模具底层铺入一层1vol.％SiC/2014A1复合材料粉末，用压头于140MPa压强下冷压2min，移开压头，铺入第二层3vol.％SiC/2014A1复合材料粉末，140MPa压强下保压2min，直至两层不同SiC体积分数的复合材料粉末全部放入并冷压成坯。5.如权利要求1所述的纳米碳化硅颗粒增强铝基梯度复合材料的制备方法，其特征在于：按照步骤一和步骤二方法分别制得纳米碳化硅体积分别为3％和5％的纳米碳化硅/2014Al复合材料粉末，向模具底层铺入一层3vol.％SiC/2014A1复合材料粉末，用压头于140MPa压强下冷压2min，移开压头，铺入第二层5vol.％SiC/2014A1复合材料粉末，140M