專利名稱：金屬基納米復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的制備方法，尤其涉及一種金屬基納米復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
金屬基復(fù)合材料具有高的比強度、比模量、耐高溫、耐磨損等優(yōu)良性能，在航空航天、汽車和信息產(chǎn)業(yè)當中具有廣泛的應(yīng)用前景。采用納米級增強相制備金屬基復(fù)合材料具有添加量少、性能提高幅度大等優(yōu)點。然而，納米級增強相要比微米級增強相具有更大的表面能和表面張力，給金屬·基納米復(fù)合材料的制備帶來困難。攪拌鑄造法是制備顆粒增強復(fù)合材料的傳統(tǒng)工藝，當采用攪拌鑄造工藝制備納米顆粒增強復(fù)合材料時易導(dǎo)致納米顆粒的偏聚和團簇，使納米級增強相在金屬基體中分散不均勻。有研究表明，超聲波處理可以改進納米顆粒在金屬基體中的分散。現(xiàn)有技術(shù)公開了一種金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，通過將攪拌鑄造與超聲波處理結(jié)合的方法，改進攪拌鑄造過程中納米顆粒在金屬基體中的分散。然而，上述方法僅通過將納米顆粒添加到液態(tài)金屬中，并采用傳統(tǒng)的一維超聲處理方法，即僅靠從變幅桿的底端發(fā)出超聲波處理金屬熔體。首先，納米顆粒與液態(tài)金屬混合較為困難，其次，傳統(tǒng)的變幅桿只能較淺的插入金屬熔體，而無法深入金屬熔體內(nèi)部，當金屬熔體量較多時，與變幅桿底端距離較遠位置的納米顆粒很難得到分散，實際生產(chǎn)時發(fā)現(xiàn)采用此方法在處理10公斤以上熔體時納米顆粒的偏聚和團簇現(xiàn)象嚴重，無法適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種能夠一次性處理大量金屬熔體的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法。一種金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟提供一半固態(tài)金屬；攪拌該半固態(tài)金屬并向該半固態(tài)金屬中加入納米顆粒，得到半固態(tài)混合漿料；將上述半固態(tài)混合漿料升溫至該半固態(tài)金屬的液相溫度以上，得到一液態(tài)金屬-碳納米管混合物；以及在大于該半固態(tài)金屬的液相溫度下采用一多維發(fā)散高能超聲裝置對該液態(tài)金屬-碳納米管混合物同時施加多個方向的超聲波。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法通過將納米顆粒與半固態(tài)金屬混合，利用半固態(tài)金屬粘度較大的特點，使納米顆粒易于分布到整個半固態(tài)金屬中，另外，采用多維發(fā)散高能超聲處理的方式對該納米顆粒進行分散，通過所述變幅桿的作用使聲波向多個角度發(fā)散，利用高能超聲作用下產(chǎn)生的聲空化效應(yīng)和聲流效應(yīng)，將納米粉體均勻的分布到整個液態(tài)金屬中，具有輻射范圍廣，強度大的優(yōu)點，適于一次性處理大量金屬基復(fù)合材料。


圖1是本發(fā)明實施例的多維發(fā)散高能超聲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實施例的多維發(fā)散高能超聲裝置中的變幅桿的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明提供的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法的流程圖。主要元件符號說明
權(quán)利要求
1.一種金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟 提供一半固態(tài)金屬； 攪拌該半固態(tài)金屬并向該半固態(tài)金屬中加入納米顆粒，得到半固態(tài)混合漿料； 將上述半固態(tài)混合漿料升溫至該半固態(tài)金屬的液相線溫度以上，得到一液態(tài)金屬-碳納米管混合物；以及 在大于該半固態(tài)金屬的液相溫度下采用一多維發(fā)散高能超聲裝置對該液態(tài)金屬-碳納米管混合物同時施加多個方向的超聲波。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該多維發(fā)散高能超聲裝置包括一變幅桿及一高能超聲發(fā)生器，該變幅桿的一端與該高能超聲發(fā)生器連接，該變幅桿包括一發(fā)射段，該發(fā)射段在軸向的不同位置上包括至少兩個階段以及將該兩個階段相連的連接段，該至少兩個階段具有不同的軸截面及平行于變幅桿軸向的側(cè)面。
3.如權(quán)利要求2所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該連接段具有一側(cè)面，該側(cè)面從該第一階段平滑延伸至該第二階段。
4.如權(quán)利要求3所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該側(cè)面為向內(nèi)凹陷的弧面。
5.如權(quán)利要求2所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該連接段軸向的總長度占所述發(fā)射段軸向長度的40%至60%。
6.如權(quán)利要求2所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該變幅桿遠離該高能超聲發(fā)生器的端部與所述液態(tài)金屬-碳納米管混合物的液面距離大于或等于30厘米。
7.如權(quán)利要求2所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該變幅桿進一步包括一延長段，該延長段一端與該發(fā)射段相連，另一端與所述高能超聲發(fā)生器相連。
8.如權(quán)利要求7所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該延長段露出所述半固態(tài)混合漿料之外。
9.如權(quán)利要求2所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該采用多維發(fā)散高能超聲裝置對該液態(tài)金屬-碳納米管混合物同時施加多個方向的超聲波的步驟進一步包括先將該變幅桿的發(fā)射段插入該液態(tài)金屬-碳納米管混合物中，再通過該高能超聲發(fā)生器使該變幅桿起振。
10.如權(quán)利要求1所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述半固態(tài)金屬的制備方法包括將金屬加熱至高于該金屬的液相線50° C以上的溫度使該金屬完全熔化；降低該金屬的溫度至該金屬的液相線和固相線之間，從而得到該半固態(tài)金屬。
11.如權(quán)利要求1所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述納米顆粒的材料包括納米碳化硅顆粒、納米氧化鋁顆粒、納米碳化硼顆粒及碳納米管中的一種或多鐘。
12.如權(quán)利要求1所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述納米顆粒的重量百分比為O. 1%至5. 0%。
13.如權(quán)利要求1所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述高能超聲處理的頻率是20千赫茲至27千赫茲，所述高能超聲處理的輸出功率大于或等于O. 8千瓦。
14.如權(quán)利要求1所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述高能超聲處理的處理時間為60秒至I小時。
15.如權(quán)利要求1所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述高能超聲處理的液態(tài)金屬-碳納米管混合物的質(zhì)量為50公斤至100公斤。
16.如權(quán)利要求1所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在所述高能超聲處理的同時進一步包括升高所述液態(tài)金屬-碳納米管混合物溫度到650° C至780。C的步驟。
17.如權(quán)利要求1所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，進一步包括冷卻該液態(tài)金屬-碳納米管混合物的步驟。
18.如權(quán)利要求17所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述冷卻該液態(tài)金屬-碳納米管混合物的步驟包括將一模具預(yù)熱至200° C至300° C，以及將所述液態(tài)金屬-碳納米管混合物注入該模具中。
19.如權(quán)利要求1所述的金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，采用保護性氣體對該金屬進行保護。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬基納米復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟提供一半固態(tài)金屬；攪拌該半固態(tài)金屬并向該半固態(tài)金屬中加入納米顆粒，得到半固態(tài)混合漿料；將上述半固態(tài)混合漿料升溫至該半固態(tài)金屬的液相溫度以上，得到一液態(tài)金屬-碳納米管混合物；以及在大于該半固態(tài)金屬的液相溫度下采用一多維發(fā)散高能超聲裝置對該液態(tài)金屬-碳納米管混合物同時施加多個方向的超聲波。
文檔編號C22C32/00GK103060595SQ20111032284
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者李文珍, 劉世英 申請人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司