一種提高硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種提高鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能的方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]金屬基復(fù)合材料具有許多優(yōu)異特性，在過去的幾十年里，已發(fā)展成為一類重要的結(jié)構(gòu)材料，特別是其性能的高度可設(shè)計(jì)性，令人們期望利用這一特點(diǎn)使具有優(yōu)異綜合性能的復(fù)合材料在航天航空、汽車工業(yè)以及體育器材等領(lǐng)域中得到重要應(yīng)用。
[0003]硼酸鋁晶須低廉的價(jià)格解決了因晶須成本高而制約晶須/鋁基復(fù)合材料應(yīng)用的重大難題，為硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的大面積應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。然而硼酸鋁晶須與鋁合金之間較差的潤濕性以及嚴(yán)重的界面反應(yīng)嚴(yán)重影響了其力學(xué)性能，成為限制該種復(fù)合材料在實(shí)際應(yīng)用中的最大障礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能差的技術(shù)問題，而提供一種提高硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能的方法。
[0005]本發(fā)明的一種提高硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能的方法是按以下步驟進(jìn)行:
[0006]—、基體合金元素的添加:將純鋁在溫度為700°C?800°C的條件下加熱熔化，得到熔融的純鋁，在溫度為700 °C?800 °C的條件下向熔融的純鋁中添加純鎂塊，得到二元合金熔液；所述的純鎂塊在二元合金熔液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%?10% ;
[0007]二、制備鋁鎂合金鑄錠:在溫度為700°C?800°C的條件下向二元合金熔液中加入脫氣劑，在溫度為750°C的條件下精煉至無氣泡產(chǎn)生為止，攪拌10s?20s，得到脫完氣的二元合金熔液，然后在溫度為700°C?800°C的條件下加入鋁鎂合金覆蓋劑，至在脫完氣的二元合金熔液表面均勻覆蓋一層鋁鎂合金覆蓋劑，并在溫度為700°C?800°C的條件下保溫5min，然后澆注入模具中，自然冷卻，脫模，得到鋁鎂合金鑄錠；步驟二所述的脫氣劑與二元合金熔液的質(zhì)量比為1: (200?500);
[0008]三、制備硼酸鋁晶須預(yù)制件:將硼酸鋁晶須與去離子水均勻混合，攪拌超聲30min，壓濾，陰干48h，然后在溫度為40°C的條件下烘干10h，在溫度為50°C的條件下烘干10h，在溫度為80°C的條件下烘干4h，在溫度為100°C的條件下烘干2h，在溫度為900°C的條件下煅燒lh，隨爐冷卻至室溫，得到硼酸鋁晶須預(yù)制件；
[0009]四、將步驟二得到的鋁鎂合金鑄錠在溫度為700°C?800°C的條件下加熱熔化至鋁鎂合金液體；將步驟三制備的硼酸鋁晶須預(yù)制件放入模具中在溫度為500°C?600°C的條件下加熱30min?60min，得到加熱后的硼酸鋁晶須預(yù)制件，然后向裝有加熱后的硼酸鋁晶須預(yù)制件的模具中注入溫度為700°C?800°C的鋁鎂合金液體，用壓力機(jī)在壓力為lOOMPa的條件下保壓15min，得到硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁鎂基復(fù)合材料；所述的加熱后的硼酸鋁晶須預(yù)制件與溫度為700°C?800°C的鋁鎂合金液體的質(zhì)量比為1:20.83。
[0010]本發(fā)明的另一種提高硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能的方法是按以下步驟進(jìn)行:
[0011]—、基體合金元素的添加:將純鋁在溫度為700°C?800°C的條件下加熱熔化，得到熔融的純鋁，在溫度為700°C?800°C的條件下向熔融的純鋁中添加純鋅塊，得到二元合金熔液；所述的純鋅塊在二元合金熔液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.6%?30% ;
[0012]二、制備鋁鋅合金鑄錠:在溫度為700°C?800°C的條件下向二元合金熔液中加入脫氣劑，在溫度為750°C的條件下精煉至無氣泡產(chǎn)生為止，攪拌10s?20s，在溫度為700°C?800°C的條件下保溫5min，然后澆注入模具中，自然冷卻，脫模，得到鋁鋅合金鑄錠；步驟二所述的脫氣劑與二元合金熔液的質(zhì)量比為1: (200?500);
[0013]三、制備硼酸鋁晶須預(yù)制件:將硼酸鋁晶須與去離子水均勻混合，攪拌超聲30min，壓濾，陰干48h，在溫度為40°C的條件下烘干10h，在溫度為50°C的條件下烘干10h，在溫度為80°C的條件下烘干4h，在溫度為100°C的條件下烘干2h，在溫度為900°C的條件下煅燒lh，隨爐冷卻至室溫，得到硼酸鋁晶須預(yù)制件；
[0014]四、將步驟二得到的鋁鋅合金鑄錠在溫度為700°C?800°C的條件下加熱熔化至鋁鋅合金液體；將步驟三制備的硼酸鋁晶須預(yù)制件放入模具中在溫度為500°C?600°C的條件下加熱30min?60min，得到加熱后的硼酸鋁晶須預(yù)制件，然后向裝有加熱后的硼酸鋁晶須預(yù)制件的模具中注入溫度為700°C?800°C的鋁鋅合金液體，用壓力機(jī)在壓力為lOOMPa的條件下保壓15min，得到硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁鋅基復(fù)合材料；所述的加熱后的硼酸鋁晶須預(yù)制件與溫度為700°C?800°C的鋁鋅合金液體的質(zhì)量比為1:20.83。
[0015]本發(fā)明向純鋁中加入合金元素鋅或鎂，利用形成的二元合金作為復(fù)合材料的基體。在復(fù)合材料的制備過程中通過基體合金元素的變化以及含量的變化來改變復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)與狀態(tài)，改善界面潤濕性，同時(shí)提高晶須與基體的界面結(jié)合，復(fù)合材料的力學(xué)性能得到顯著的提高，本發(fā)明制備的硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁鎂基復(fù)合材料最高的抗拉強(qiáng)度為544MPa，本發(fā)明制備的硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁鋅基復(fù)合材料最高的抗拉強(qiáng)度為540MPa。
【具體實(shí)施方式】
[0016]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式為一種提高硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能的方法，具體是按以下步驟進(jìn)行:
[0017]—、基體合金元素的添加:將純鋁在溫度為700°C?800°C的條件下加熱熔化，得到熔融的純鋁，在溫度為700 °C?800 °C的條件下向熔融的純鋁中添加純鎂塊，得到二元合金熔液；所述的純鎂塊在二元合金熔液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%?10% ;
[0018]二、制備鋁鎂合金鑄錠:在溫度為700°C?800°C的條件下向二元合金熔液中加入脫氣劑，在溫度為750°C的條件下精煉至無氣泡產(chǎn)生為止，攪拌10s?20s，得到脫完氣的二元合金熔液，然后在溫度為700°C?800°C的條件下加入鋁鎂合金覆蓋劑，至在脫完氣的二元合金熔液表面均勻覆蓋一層鋁鎂合金覆蓋劑，并在溫度為700°C?800°C的條件下保溫5min，然后澆注入模具中，自然冷卻，脫模，得到鋁鎂合金鑄錠；步驟二所述的脫氣劑與二元合金熔液的質(zhì)量比為1: (200?500);
[0019]三、制備硼酸鋁晶須預(yù)制件:將硼酸鋁晶須與去離子水均勻混合，攪拌超聲30min，壓濾，陰干48h，然后在溫度為40°C的條件下烘干10h，在溫度為50°C的條件下烘干10h，在溫度為80°C的條件下烘干4h，在溫度為100°C的條件下烘干2h，在溫度為900°C的條件下煅燒lh，隨爐冷卻至室溫，得到硼酸鋁晶須預(yù)制件；
[0020]四、將步驟二得到的鋁鎂合金鑄錠在溫度為700°C?800°C的條件下加熱熔化至鋁鎂合金液體；將步驟三制備的硼酸鋁晶須預(yù)制件放入模具中在溫度為500°C?600°C的條件下加熱30min?60min，得到加熱后的硼酸鋁晶須預(yù)制件，然后向裝有加熱后的硼酸鋁晶須預(yù)制件的模具中注入溫度為700°C?800°C的鋁鎂合金液體，用壓力機(jī)在壓力為lOOMPa的條件下保壓15min，得到硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁鎂基復(fù)合材料；所述的加熱后的硼酸鋁晶須預(yù)制件與溫度為700°C?800°C的鋁鎂合金液體的質(zhì)量比為1:20.83。
[0021]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一的不同點(diǎn)是:步驟一中所述的純鎂塊在二元合金溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%。其他與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二的不同點(diǎn)是:步驟二中所述的脫氣劑為六氯乙烷。其他與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0023]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式為一種提高硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能的方法，具體是按以下步驟進(jìn)行:
[0024]—、基體合金元素的添加:將純鋁在溫度為700°C?800°C的條件下加熱熔化，得到熔融的純鋁，在溫度為700°C?800°C的條件下向熔融的純鋁中添加純鋅塊，得到二元合金熔液；所述的純鋅塊在二元合金熔液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.6%?30% ;
[0025]二、制備鋁鋅合金鑄錠:在溫度為700°C?800°C的條件下向二元合金熔液中加入脫氣劑，在溫度為750°C的條件下精煉至無氣泡產(chǎn)生為止，攪拌10s?20s，在溫度為700°C?800°C的條件下保溫5min，然后澆注入模具中，自然冷卻，脫模，得到鋁鋅合金鑄錠；步驟二所述的脫氣劑與二元合金熔液的質(zhì)量比為1: (200?500);
[0026]三、制備硼酸鋁晶須預(yù)制件:將硼酸鋁晶須與去離子水均勻混合，攪拌超聲30min，壓濾，陰干48h，在溫度為40°C的條件下烘干10h，在溫度為50°C的條件下烘干10h，在溫度為80°C的條件下烘干4h，在溫度為100°C的條件下烘干2h，在溫度為900°C的條件下煅燒lh，隨爐冷卻至室溫，得到硼酸鋁晶須預(yù)制件；
[0027]四、將步驟二得到的鋁鋅合金鑄錠在溫度為700°C?800°C的條件下加熱熔化至鋁鋅合金液體；將步驟三制備的硼酸鋁晶須預(yù)制件放入模具中在溫度為500°C?600°C的條件下加熱30min?60min，得到加熱后的硼酸鋁晶須預(yù)制件，然后向裝有加熱后的硼酸鋁晶須預(yù)制件的模具中注入溫度為700°C?800°C的鋁鋅合金液體，用壓力機(jī)在壓力為lOOMPa的條件下保壓15min，得到硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁鋅基復(fù)合材料；所述的加熱后的硼酸鋁晶須預(yù)制件與溫度為700°C?800°C的鋁鋅合金液體的質(zhì)量比為1:20.83。
[0028]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)