一種高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料及其制備方法

本發(fā)明涉及鋁基復(fù)合材料，尤其涉及一種高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鋁基復(fù)合材料因其輕質(zhì)、高強(qiáng)度和優(yōu)良的耐腐蝕性在航空航天、汽車和電子等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。為了進(jìn)一步提高鋁基復(fù)合材料的使用壽命，需要對(duì)其力學(xué)性能加以改善。

2、常用的方式為在鋁基材料中加入單一增強(qiáng)體，雖然這種方式能滿足某些特定性能要求但也存在局限性，例如不能同時(shí)滿足材料對(duì)硬度、強(qiáng)度和韌性的要求；而采用復(fù)合增強(qiáng)體，則會(huì)面臨不同增強(qiáng)體之間團(tuán)聚的問題，得到的鋁基復(fù)合材料仍不能滿足要求。

3、因此，有必要提供一種工藝簡(jiǎn)單，能生產(chǎn)高分散性且兼具優(yōu)異硬度、強(qiáng)度和韌性的鋁基復(fù)合材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料及其制備方法，用于解決：如何同時(shí)提升鋁基復(fù)合材料硬度和韌性的問題。

2、為達(dá)到上述技術(shù)目的，本申請(qǐng)采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1.將短切碳纖維及碳化硼顆粒分別進(jìn)行表面酸化處理，再過濾、水洗和干燥，得到酸化短切碳纖維及酸化碳化硼顆粒；

5、s2.將酸化短切碳纖維及酸化碳化硼顆粒分別分散至甲基纖維素溶液中，經(jīng)過濾、水洗和干燥后，對(duì)應(yīng)得到預(yù)處理短切碳纖維及預(yù)處理碳化硼顆粒；

6、s3.以預(yù)處理短切碳纖維、預(yù)處理碳化硼顆粒及含鋁粉的金屬混合粉末為原料，利用攪拌鑄造工藝，得到高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料前驅(qū)體；

7、s4.對(duì)高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料前驅(qū)體進(jìn)行熱處理，即得高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料。

8、優(yōu)選的，短切碳纖維為去膠纖維；短切纖維的直徑為5-10μm，長(zhǎng)度為1-10mm，絲束為3-6?k。

9、優(yōu)選的，碳化硼顆粒的粒徑d50為1-10μm。

10、優(yōu)選的，含鋁粉的金屬混合粉末包括鋁粉以及復(fù)合粉料，復(fù)合粉料包括鋅粉、鎂粉、銅粉、硅粉、錳粉、鉻粉、鋯粉、鈦粉中的一種或幾種。

11、優(yōu)選的，步驟s1中，表面酸化處理的步驟為：用60-70g/l的酸溶液分別浸泡短切碳纖維及碳化硼顆粒。

12、優(yōu)選的，步驟s3的具體步驟為：將含鋁粉的金屬混合粉末加熱熔化后，得到熔融液，將熔融液降溫至半固態(tài)區(qū)間，而后加入預(yù)處理短切碳纖維、預(yù)處理碳化硼顆粒，攪拌、冷卻后，即得高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料前驅(qū)體。

13、優(yōu)選的，加熱熔化的溫度為750-800℃，熔融液降溫至半固態(tài)區(qū)間的溫度范圍為600-650℃。

14、優(yōu)選的，預(yù)處理短切碳纖維與熔融液的體積比為2.5-7.5:100，預(yù)處理碳化硼顆粒與熔融液的體積比為2.5-7.5：100。

15、優(yōu)選的，熱處理的步驟為：?470-500℃固溶處理2.5-3h；145-160℃時(shí)效處理12-16h。

16、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料。

17、本申請(qǐng)的有益效果如下：本發(fā)明通過提高由短切碳纖維及碳化硼顆粒形成的復(fù)配增強(qiáng)體在鋁基合金中的分散性及表面結(jié)合力來提高材料強(qiáng)度的同時(shí)，有效改善顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的硬度和韌性，提高了鋁基復(fù)合材料的硬度、強(qiáng)度及韌性等力學(xué)性能，提高了鋁基復(fù)合材料的使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述短切碳纖維為去膠纖維；所述短切纖維的直徑為5-10μm，長(zhǎng)度為1-10?mm，絲束為3-6?k。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述碳化硼顆粒的粒徑d50為1-10μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述含鋁粉的金屬混合粉末包括鋁粉以及復(fù)合粉料，所述復(fù)合粉料包括鋅粉、鎂粉、銅粉、硅粉、錳粉、鉻粉、鋯粉、鈦粉中的一種或幾種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述表面酸化處理的步驟為：用60-70g/l的酸溶液分別浸泡所述短切碳纖維及碳化硼顆粒。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟s3的具體步驟為：將所述含鋁粉的金屬混合粉末加熱熔化后，得到熔融液，將所述熔融液降溫至半固態(tài)區(qū)間，而后加入所述預(yù)處理短切碳纖維、預(yù)處理碳化硼顆粒，攪拌、冷卻后，即得所述高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料前驅(qū)體。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述加熱熔化的溫度為750-800℃，所述熔融液降溫至半固態(tài)區(qū)間的溫度范圍為600-650℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述預(yù)處理短切碳纖維與所述熔融液的體積比為2.5-7.5:100，所述預(yù)處理碳化硼顆粒與所述熔融液的體積比為2.5-7.5：100。

9.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述熱處理的步驟為：?470-500℃固溶處理2.5-3h；145-160℃時(shí)效處理12-16h。

10.一種如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的制備方法得到的高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料及其制備方法，包括以下步驟：將短切碳纖維及碳化硼顆粒分別進(jìn)行表面酸化處理，再水洗、干燥，得到酸化短切碳纖維及酸化碳化硼顆粒；將酸化短切碳纖維及酸化碳化硼顆粒分別分散至甲基纖維素溶液中，經(jīng)過濾、水洗和干燥后，得到預(yù)處理短切碳纖維及預(yù)處理碳化硼顆粒；以預(yù)處理短切碳纖維、預(yù)處理碳化硼顆粒及含鋁粉的金屬混合粉末為原料，利用攪拌鑄造工藝，得到高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料前驅(qū)體，再進(jìn)行熱處理，即得高強(qiáng)硬韌鋁基復(fù)合材料；本申請(qǐng)通過提高短切碳纖維及碳化硼顆粒形成的復(fù)配增強(qiáng)體在鋁基合金中的分散性及表面結(jié)合力來提升材料的抗拉、屈服強(qiáng)度、硬度及韌性等力學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：彭健,許瑞,王傳彬,王君君,徐志剛,章嵩,涂溶,沈強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9