阅读说明：本技术 原位生成AlN和AlB2双相颗粒增强的铝基复合材料的制备方法 (in situ generation of AlN and AlB2preparation method of dual-phase particle reinforced aluminum matrix composite material ) 是由 何春年 马立世 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种氮化硼纳米片增强的铝基复合材料制备方法,包括如下步骤：原料为铝粉与氮化硼纳米片,按铝粉与氮化硼纳米片质量比(96-99):(1-4)的比例,将铝粉与氮化硼纳米片装入球磨罐中,在惰性气体氛围下,通过球磨使铝粉与氮化硼纳米片混合均匀；将球磨后的粉末装入磨具,冷压成型；将冷压块体进行半固态烧结,烧结温度为600-750℃,烧结时间为1-3小时；将半固态烧结后的块体置于挤压装置进行挤压,得到原位生成的均匀连续浸润层的铝基复合材料。(The invention relates to a preparation method of a boron nitride nanosheet reinforced aluminum-based composite material, which comprises the following steps: the method comprises the following steps of (1) putting aluminum powder and boron nitride nanosheets into a ball milling tank according to the mass ratio (96-99) to (1-4) of the aluminum powder to the boron nitride nanosheets, and uniformly mixing the aluminum powder and the boron nitride nanosheets through ball milling in an inert gas atmosphere; putting the ball-milled powder into a grinding tool, and performing cold press molding; semi-solid sintering is carried out on the cold-pressed block body, the sintering temperature is 600-750 ℃, and the sintering time is 1-3 hours; and (3) placing the semi-solid sintered block body in an extrusion device for extrusion to obtain the aluminum-based composite material of the uniform and continuous infiltration layer generated in situ.)

原位生成AlN和AlB2双相颗粒增强的铝基复合材料的制备方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种铝基复合材料的制备方法。

背景技术

随着节能环保成为当今世界的主题，汽车、航空航天等领域对轻质、高比模量强度的结构材料的需求日益增加。铝和铝合金是目前应用广泛的轻质金属结构材料。颗粒增强的铝基复合材料凭借其高比强度、高硬度、高弹性模量和良好的耐磨性，且制备工艺简单、成本低等优点得到了广泛研究。当增强颗粒含量一定时，颗粒分布越均匀，强化效果越好。所以对纳米颗粒增强的铝基复合材料制备与性能的研究已成为众多学者的研究目标之一。

AlN和AlB₂颗粒都具有高硬度、高弹性模量、低膨胀系数、较低密度等优点被广泛应用于金属基复合材料的增强相。传统的颗粒增强铝基复合材料多为单相颗粒增强，易造成颗粒分布不均，增强效果较差且成本较高。因此，单相颗粒增强的铝基复合材料的性能受到较大影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有颗粒增强铝基复合材料制备方法存在的不足，提出一种工艺简单、合成的AlN和AlB₂颗粒分布均匀、与基体界面结合紧密、生成量可控的双相颗粒增强的铝基复合材料的制备方法。本发明主要是在高能球磨后烧结过程中BN纳米片与铝基体完全反应，原位生成AlN和AlB₂颗粒协同增强的铝基复合材料，挤压后得到复合材料块体。

技术方案如下：

一种原位生成AlN和AlB2双相颗粒增强的铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)反应物原料为铝粉与氮化硼纳米片；

(2)按铝粉与氮化硼纳米片质量比96:4的比例，将铝粉与BN纳米片装入球磨罐中，并通入高纯氩气，通过球磨使铝粉与BN纳米片混合均匀，球磨时间为6小时，球磨机转速为500r；

(3)将球磨后的粉末装入磨具，冷压成型；

(4)将冷压块体进行高温烧结，烧结温度为800-900℃，烧结时间为3-5小时，原位生成的AlN和AlB₂颗粒；

(5)将高温烧结后的块体置于挤压装置，在550℃下进行挤压，得到原位生成的AlN和AlB₂颗粒协同增强的铝基复合材料。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、采用高能球磨后进行高温烧结原位制备AlN和AlB₂颗粒协同增强的铝基复合材料，合成的双相增强颗粒分布均匀、与基体界面结合良好，最终可得到性能优异的AlN和AlB₂颗粒协同增强的铝基复合材料。

2、制备工艺简单，具有广阔的工业化应用前景。

附图说明

图1为实施例2制备的AlN纳米颗粒与铝基体的界面高分辨图；

图2实施例2制备的AlB₂纳米颗粒与铝基体的界面高分辨图。

具体实施方式

实施例1：

称取9.6g铝粉(纯度为99.5wt％)和0.4gBN纳米片(纯度为99.5wt％)一起装入容积为250ml的球磨罐，将球磨罐装入球磨机中，球磨时间为6小时，球磨机转速为400r；

球磨结束后，将粉体在手套箱中取出，装入冷压磨具，在室温下500MPa冷压成块体坯料；将坯料装入管式炉进行高温烧结，烧结温度为700℃，烧结时间为1小时，原位反应生成AlN和AlB₂颗粒；

将烧结后的块体放入挤压装置中，在550℃保温50分钟进行热挤压，得到AlN和AlB₂颗粒协同增强的铝基复合材料。

实施例2

称取9.6g铝粉(纯度为99.5wt％)和0.4gBN纳米片(纯度为99.5wt％)一起装入容积为250ml的球磨罐，将球磨罐装入球磨机中，球磨时间为6小时，球磨机转速为400r；

球磨结束后，将粉体在手套箱中取出，装入冷压磨具，在室温下500MPa冷压成块体坯料；将坯料装入管式炉进行高温烧结，烧结温度为800℃，烧结时间为3小时，原位反应生成AlN和AlB₂颗粒；

将烧结后的块体放入挤压装置中，在550℃保温50分钟进行热挤压，得到AlN和AlB₂颗粒协同增强的铝基复合材料。

如图1和图2所示，生成的纳米AlN和AlB₂颗粒与铝基体间的界面干净，且具有原子级的紧密结合。

实施例3

称取9.6g铝粉(纯度为99.5wt％)和0.4gBN纳米片(纯度为99.5wt％)一起装入容积为250ml的球磨罐，将球磨罐装入球磨机中，球磨时间为6小时，球磨机转速为400r；

球磨结束后，将粉体在手套箱中取出，装入冷压磨具，在室温下500MPa冷压成块体坯料；将坯料装入管式炉进行高温烧结，烧结温度为900℃，烧结时间为3小时，原位反应生成AlN和AlB₂颗粒；

将烧结后的块体放入挤压装置中，在550℃保温50分钟进行热挤压，得到AlN和AlB₂颗粒协同增强的铝基复合材料。

可以看出，通过高温烧结，原位生成了AlN和AlB₂颗粒，且与基体界面结合良好。