一種提高硼酸鋁晶須增強鋁銅基復(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]鋁基復(fù)合材料具有許多優(yōu)異特性，例如高比強度、高比模量、優(yōu)良的耐磨性能和高溫性能。因此，它們被廣泛應(yīng)用在航天航空、汽車工業(yè)以及體育器材等領(lǐng)域中。而硼酸鋁晶須增強鋁基復(fù)合材料由于具有優(yōu)異的性能和低廉的價格而備受關(guān)注。硼酸鋁晶須低廉的價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，為硼酸鋁晶須增強鋁基復(fù)合材料的大面積應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。
[0003]然而硼酸鋁晶須與鋁合金之間嚴(yán)重的界面反應(yīng)以及較差的潤濕性嚴(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鋁銅基復(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鋁銅基復(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鋁銅中間合金，得到二元合金熔液；所述的鋁銅中間合金中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50% ;所述的鋁銅中間合金在二元合金熔液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%?20% ;
[0007]二、制備鋁銅合金鑄錠: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，得到鋁銅合金鑄錠；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、將步驟二得到的鋁銅合金鑄錠在溫度為700°C?800°C的條件下加熱熔化至鋁銅合金液體；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的鋁銅合金液體，用壓力機在壓力為lOOMPa的條件下保壓15min，得到硼酸鋁晶須增強鋁銅基復(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的鋁銅合金液體的質(zhì)量比為1:20.83 ;
[0010]五、熱處理:將步驟四制備的硼酸鋁晶須增強鋁銅基復(fù)合材料在溫度為495°C?540°C的條件下保溫20min?40min，然后在溫度為180°C?200°C的條件下時效處理lh?10h，在空氣中冷卻至室溫，得到熱處理后的硼酸鋁晶須增強鋁銅基復(fù)合材料。
[0011]本發(fā)明向純鋁中加入合金元素銅，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，提高晶須與基體的界面結(jié)合，同時通過對復(fù)合材料進(jìn)行后續(xù)熱處理調(diào)整復(fù)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高復(fù)合材料的抗拉強度與斷裂延伸率。本發(fā)明制備的熱處理后的硼酸鋁晶須增強鋁銅基復(fù)合材料最高的抗拉強度為588MPa。
【具體實施方式】
[0012]【具體實施方式】一:本實施方式為一種提高硼酸鋁晶須增強鋁銅基復(fù)合材料力學(xué)性能的方法，具體是按以下步驟進(jìn)行:
[0013]—、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鋁銅中間合金，得到二元合金熔液；所述的鋁銅中間合金中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50% ;所述的鋁銅中間合金在二元合金熔液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%?20% ;
[0014]二、制備鋁銅合金鑄錠: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，得到鋁銅合金鑄錠；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);
[0015]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；
[0016]四、將步驟二得到的鋁銅合金鑄錠在溫度為700°C?800°C的條件下加熱熔化至鋁銅合金液體；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的鋁銅合金液體，用壓力機在壓力為lOOMPa的條件下保壓15min，得到硼酸鋁晶須增強鋁銅基復(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的鋁銅合金液體的質(zhì)量比為1:20.83 ;
[0017]五、熱處理:將步驟四制備的硼酸鋁晶須增強鋁銅基復(fù)合材料在溫度為495°C?540°C的條件下保溫20min?40min，然后在溫度為180°C?200°C的條件下時效處理lh?10h，在空氣中冷卻至室溫，得到熱處理后的硼酸鋁晶須增強鋁銅基復(fù)合材料。
[0018]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一的不同點是:步驟一中所述的鋁銅中間合金在二元合金溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。其他與【具體實施方式】一相同。
[0019]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二的不同點是:步驟二中所述的脫氣劑為六氯乙烷。其他與【具體實施方式】一或二相同。
[0020]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三的不同點是:步驟二所述的脫氣劑與二元合金熔液的質(zhì)量比為1:300。其他與【具體實施方式】一至三相同。
[0021]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四的