填充粒子增强的铝合金复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及新材料领域，具体涉及一种填充粒子增强的铝合金复合材料的制备方法，基体合金选用铸造铝合金ZAlSi8MgBe，填充离子包括四针状氧化锌晶须、芳纶纤维、玻璃纤维、纳米二氧化钛和碳化硅，其中四针状氧化锌晶须、芳纶纤维、玻璃纤维、纳米二氧化钛和碳化硅的质量分别占铸造铝合ZAlSi8MgBe质量的6-8%、4-5%、3-4%、1-2%和2-3%；各个填料粒子改性或者预处理后与基体铝合金经过搅拌铸造得到填充粒子增强的铝合金复合材料。本发明制备铝合金复合材料重量轻、比强度比刚度高、热膨胀系数低，具有良好的导热性和抗磨耐磨性，并且制备比较容易、成本低而且增强相在基体内弥散分布且具有各向同性，适用于各种复杂应力状态。

主权项

一种填充粒子增强的铝合金复合材料的制备方法，其特征在于，基体合金选用铸造铝合金ZAlSi8MgBe，填充离子包括四针状氧化锌晶须、芳纶纤维、玻璃纤维、纳米二氧化钛和碳化硅，其中四针状氧化锌晶须、芳纶纤维、玻璃纤维、纳米二氧化钛和碳化硅的质量分别占铸造铝合金ZAlSi8MgBe质量的6‑8%、4‑5%、3‑4%、1‑2%和2‑3%；所述的四针状氧化锌晶须长度12‑14μm，根部直径2‑3μm，所述的芳纶纤维长度为3‑4mm、单丝直径8‑10μm，所述的玻璃纤维为140‑150目的玻璃纤维粉末，所述的纳米二氧化钛粒径为20‑25nm；所述的四针状氧化锌晶须需要按照以下方法进行改性：称量0.5‑0.8 g 硅烷偶联剂溶解在60‑70ml丙酮中，再滴加草酸调节pH至5～6，静置20‑25分钟；然后称量12‑14g 四针状氧化锌晶须置于上述溶液中，在55‑58℃温度下搅拌5‑6小时；然后抽滤、烘干溶剂得到改性四针状氧化锌晶须备用；所述的芳纶纤维需要进行以下预处理：将芳纶纤维在丙酮中浸泡8‑10小时，然后分别在水和乙醇中煮沸2‑3小时，烘干备用；所述的玻璃纤维需要按照以下方法进行改性：称量1‑1.2g 硅烷偶联剂溶解在40‑50 ml丙酮中，然后称量8‑10g 玻璃纤维置于上述溶液中，在25‑30℃温度下搅拌0.5‑1小时；然后在70‑75℃干燥2‑3小时，在110‑112℃活化1‑1.5小时后备用；所述的纳米二氧化钛需要按照以下方法进行改性：称取1‑1.5g硅烷偶联剂混合在80‑120g水中；纳米二氧化钛和三乙醇胺按照质量比1：0.5‑1混合研磨；称取研磨料15‑20g分散到上述含有硅烷偶联剂的水体中，调节pH至8.5‑8.8，搅拌3‑4小时，然后抽滤、烘干得到改性纳米二氧化钛备用；碳化硅选用α‑SiC颗粒，并经过以下预处理：（1）、SiC颗粒整形：SiC颗粒经破碎机粉碎和涡流式气流分级机分级得到平均粒度为25‑35μm的类圆形颗粒；（2）、盐酸酸洗：将步骤（1）整形得到的SiC颗粒加入到质量分数10‑20%的盐酸中，并在25‑35℃下浸泡3‑6小时，过滤并水洗SiC颗粒至pH为6‑7，烘干后备用；（3）、高温氧化：将步骤（2）烘干得到的SiC颗粒在900‑1000℃下氧化4‑6小时，冷却后备用；（4）、硝酸盐敏化：将步骤（3）冷却得到的SiC颗粒在质量分数10‑30%的硝酸镁溶液中浸泡4‑5小时，然后在1‑2小时内用质量分数10‑20%的氨水滴定溶液pH至8‑9，过滤并在380‑400℃下烘干备用；复合材料的具体制备步骤如下：a. 将改性或预处理后的四针状氧化锌晶须、芳纶纤维、玻璃纤维、纳米二氧化钛和碳化硅在高速搅拌下混合均匀得到混料；b.向铸造铝合金ZAlSi8MgBe中加入其重量1.5‑1.8%的镁粉，混合后加热至680‑700℃熔化；c.将混料预热至250‑260℃加入到熔化铸造铝合金ZAlSi8MgBe中，控温720‑740℃在氮气保护下搅拌2‑3小时,树脂砂型浇铸得到复合材料；（6）、T6热处理：在500‑520℃固熔处理6‑8小时，淬火，然后在165‑168℃时效处理4‑5小时后得到铝合金复合材料。