CN108220644A - 一种纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)混粉：将铝基体粉末与纳米SiO2粉末混合得到原料粉末，所述原料粉末采用手动混合或混合机混合来混合均匀，其中，铝单质粉末或铝合金粉末的平均粒度为30～100μm，纳米SiO2粉末的平均粒度为5～145nm，纳米SiO2在原料粉末中的质量百分数为0.01％～5％，余量为铝基体粉末，所述铝基体粉末为铝单质粉末或铝合金粉末或铝基复合材料粉末(2)成形:将步骤(1)所得粉末压制成形，得到坯体；(3)烧结:在N2气氛下对步骤(2)所得坯体进行烧结，烧结温度为550～660℃，保温时间为5～60min，保温完毕后随炉冷却，即继续在N2气氛保护下缓慢冷却，冷却时间为0.5～3h，获得烧结件；(4)热处理。该制备方法工艺简单、所制备出的铝基复合材料性能较好。

Description

一种纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及铝基复合材料制备领域，尤其涉及一种纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法。
背景技术
铝合金是一种低密度、高比强度的轻质材料，铝合金取代铁基、铜基零件后有利于减轻自重、节能减排，铝合金在航空航天、汽车、机械制造、船舶、化学工业等领域已经得到大量应用。例如，铝罐罐身、超音速战斗机的横梁、高压气缸、汽车悬臂构件、发动机的叶片、机壳和缸套等都广泛使用铝合金。然而，许多不仅要求轻质，而且要求高的耐磨性、低的热膨胀系数、优良的高温力学性能的工作环境中，常规的铝合金材料并不能满足实际应用需求。为了解决这个问题有技术人员利用陶瓷相来增强铝基复合材料的性能，陶瓷相增强的铝基复合材料兼具铝合金和陶瓷增强相的优势，在高速、振动、潮湿、无润滑、少润滑、要求轻质、腐蚀性气氛等恶劣情况下能保持高性能和高可靠性，具有十分广泛的工业前景。例如公告号为CN1182063A的中国发明《陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法》利用陶瓷颗粒与铝粉的复合大大提高了铝基复合材料的性能。
陶瓷相与铝基体复合的制造方法有很多如扩散结合、浸渗法、弥散混合、喷射雾化、原位复合、粉末冶金法等。其中粉末冶金法制备的复合材料增强相分布均匀，性能较高，且是一种节能节材的环保制造技术，较为适合工业应用。其中粉末冶金法时使用的陶瓷相粉末可以进一步优选纳米级粉末，纳米材料具有表面效应、小尺寸效应等独特优点，与常规材料的物理、化学性能差异明显；利用纳米颗粒与铝合金基体的良好复合效应，充分发挥基体与增强相的各自性能优势，可获得性能卓越的铝基复合材料。有公告号为CN104498752A的中国发明专利《一种微纳米颗粒增强铝基复合材料的制备方法》公开了一种铝合金粉与增强相粉高能球磨混合，再进行活化烧结致密化的制备方法，但此法工艺步骤相对复杂，成本较高。另外，有公告号为CN105039793A的中国发明专利《一种微纳米颗粒增强铝基复合材料的制备方法》公开了以铝粉末为基体，以纳米碳化硅颗粒为增强相粒子经过混合、球磨以及热压烧结步骤来强化铝基复合材料的制备方法。该制备方法虽然步骤简单，但使用的是纳米碳化硅颗粒作为陶瓷相，且所制备的铝基复合材料的性能还需要进一步增强。采用传统粉末冶金工艺，将纳米SiO2粉体与铝合金基体粉末直接复合来增强铝基复合材料的制备方法，目前尚未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种工艺简单、所制备出的铝基复合材料性能较好的纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该种纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)混粉：将铝基体粉末与纳米SiO2粉末混合得到原料粉末，所述原料粉末采用手动混合或混合机混合来混合均匀，其中，铝单质粉末或铝合金粉末的平均粒度为30～100μm，纳米SiO2粉末的平均粒度为5～145nm，纳米SiO2在原料粉末中的质量百分数为0.01％～5％，余量为铝基体粉末，所述铝基体粉末为铝单质粉末或铝合金粉末或铝基复合材料粉末；
(2)成形:将步骤(1)所得粉末压制成形，得到坯体；
(3)烧结:在N2气氛下对步骤(2)所得坯体进行烧结，烧结温度为550～660℃，保温时间为5～60min，保温完毕后随炉冷却，即继续在N2气氛保护下缓慢冷却，冷却时间为0.5～3h；
(4)热处理：将步骤(3)所得的烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为450～580℃，固溶时间为0.5～6h，人工时效温度为100～200℃，人工时效时间为3～24h。
优选的，步骤(1)中铝基体粉末平均粒度为60～80μm，纳米SiO2粉末平均粒度为10～50nm，纳米SiO2粉末在复合粉末中的质量百分数为0.1％～1.5％。
优选的，在步骤(1)中的混合机采用球磨机，球磨机转速为180～230r/min，球磨时间为4～8h。
优选的，所述球磨机转速为180～210r/min，球磨时间为5～6h。
优选的，其特征在于：
步骤(1)中纳米SiO2粉末为疏水性气相法二氧化硅，其主要参数见下表：
为了便于脱模与成形，在步骤(1)的混粉过程中，向原料粉末中添加润滑剂，该润滑剂的质量为原料粉末质量的0.5％～2％。润滑剂可以选择硬脂酸类润滑剂或石蜡。
优选的，润滑剂的添加方式为手动混合或混合机混合，其中，混合机混合选用球磨机、V型混合器、锥形混合器、酒桶式混合器、螺旋混合器中的任意一种混合机进行混合。
为了防止润滑剂影响复合材料，在步骤(3)的烧结前先对坯体进行脱蜡处理，脱蜡温度为350～450℃，脱蜡时间为20～50min。
优选的，步骤(2)中原料粉末的压制成形方式采用模压成形，成形压力为150～500MPa。
另外，对于烧结件为纯铝基体或是热处理不可强化的铝合金基体的不进行步骤(4)。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明直接在铝基体中添加纳米增强相，工艺简单，所需均为一般的粉末冶金设备，工艺简单，适用于纳米SiO2增强的多种成分铝基零件的粉末冶金制造，具有普适性，利于推广和大规模生产。
在铝基体中添加第二相纳米SiO2颗粒，由于纳米SiO2颗粒与基体结合的不同状态，导致在颗粒与基体界面处发生晶格畸变，形成复杂的应变状态，因此对基体起到显著的强化作用。同时，纳米SiO2颗粒的存在阻碍了位错运动，使得铝基体中位错运动所需的驱动力大大增加，从而提高强度。此外，纳米SiO2颗粒与基体的热膨胀系数差异较大，在烧结和热处理过程中由于温度变化引起的不同应变，必然引入大量的位错，也使基体得到部分强化作用。纳米SiO2粉末还是流速增强剂，可提高原料粉末的流动性和填充性，有利于提高成形密度的均匀性，提高强度。因此所制得的铝基复合材料性能较好。
附图说明
图1为本发明实施例2中纳米SiO2颗粒的微观形貌图；
图2为本发明实施例2中烧结件的断口形貌图；
图3为本发明实施例7中混合粉末的微观形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例以纯铝基体为例，对纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为60μm的铝单质粉末与平均粒径为50nm的纳米SiO2粉末用研钵研磨混合均匀，得到原料粉末，其中纳米SiO2粉末在原料粉末中的质量分数为0.01％，余量为铝单质粉末。该步骤所用纳米SiO2粉末可以优选为疏水性气相法二氧化硅，其主要参数见下表：
(2)成形：将步骤(1)所得粉末进行模压成形，压制压力为150MPa，保压时间为15s。
(3)烧结：采用管式炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，烧结温度为650℃，烧结保温时间为60min，保温结束后随炉冷却。该步骤的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
经过测试，未加纳米SiO2粉末的纯铝粉的流速是110S/50g；加入0.01％的纳米SiO2粉末后，流速变为102S/50g。未加纳米SiO2粉末的纯铝粉烧结后强度是68MPa；纯铝粉加入0.01％的纳米SiO2粉末后，烧结而成的铝基复合材料的强度是76MPa。
实施例2：
本实施例以2014铝合金基体为例，对纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为78μm的2014铝合金粉末与平均粒径为16nm的纳米SiO2粉末混合得到原料粉末，原料粉末在转速为180r/min的行星式球磨机上球磨4h混合均匀，其中纳米SiO2粉末在原料粉末中的质量分数为1％，余量为2014铝合金粉末。该步骤所用纳米SiO2粉末优选为疏水性气相法二氧化硅，其主要参数见下表：
(2)成形：利用V型混合器，在将步骤(1)所得粉末中混入占原料粉末的质量分数为0.5wt％的硬脂酸锌作为润滑剂，混合均匀后，将粉末进行模压成形，压制压力为400MPa，保压时间为20s；
(3)烧结：采用网带式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，脱蜡温度为350℃，脱蜡时间为30min；烧结温度为560℃，烧结保温时间为40min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在2h内降至室温，获得烧结件。该步骤烧结的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。如图2所示，纳米SiO2增强2014铝合金复合材料的烧结件断面韧窝明显，表明烧结件实现了良好的冶金结合，具有较高的机械性能。
(4)热处理：将上述烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为510℃，固溶时间为1h，人工时效温度为180℃，人工时效时间为15h。
并且经过测试，未加纳米SiO2粉末的2014铝合金粉的流速是90S/50g；加入1％的纳米SiO2粉末后，流速变为79S/50g。未加纳米SiO2粉末的2014铝合金粉烧结后强度是210MPa；2014铝合金粉加入1％的纳米SiO2粉末后，烧结而成的铝基复合材料的强度是235MPa。
实施例3：
本实施例以7039铝合金基体为例，对纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为45μm的7039铝合金粉末与平均粒径为10nm的纳米SiO2粉末混合得到原料粉末，原料粉末在转速为185r/min的行星式球磨机上球磨4.5h混合均匀，其中纳米SiO2粉末在原料粉末中的质量分数为1.5％，余量为7039铝合金粉末。该步骤所用纳米SiO2粉末优选为疏水性气相法二氧化硅，其主要参数见下表：
(2)成形：利用螺旋混合器，在将步骤(1)所得粉末中混入占原料粉末的质量分数为0.8％的硬脂酸锌作为润滑剂，混合均匀后，将粉末进行模压成形，压制压力为180MPa，保压时间为15s；
(3)烧结：采用网带式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，脱蜡温度为350℃，脱蜡时间为22min；烧结温度为550℃，烧结保温时间为5min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在0.5h内降至室温，获得烧结件。该步骤烧结的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
(4)热处理：将上述烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为450℃，固溶时间为0.8h，人工时效温度为150℃，人工时效时间为3h。
经过测试，未加纳米SiO2粉末的7039铝合金粉的流速是92S/50g；加入1.5％的纳米SiO2粉末后，流速变为86S/50g。未加纳米SiO2粉末的7039铝合金粉烧结后强度是134MPa；7039铝合金粉加入1.5％的纳米SiO2粉末后，烧结而成的铝基复合材料的强度是143MPa。
实施例4：
本实施例以6061铝合金基体为例，对纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为80μm的6061铝合金粉末与平均粒径为5nm的纳米SiO2粉末混合得到原料粉末，其中纳米SiO2粉末占原料粉末的质量分数为5％，余量为6061铝合金粉末。原料粉末在转速为180r/min的行星式球磨机上球磨5h，在球磨结束前0.5h，向原料粉末中添加占原料粉末的质量分数为1.5％的硬脂酸作为润滑剂，球磨结束后，获得混合粉末。该步骤所用纳米SiO2粉末可以优选为疏水性气相法二氧化硅，其主要参数见下表：
(2)成形：将步骤(1)所得粉末进行模压成形，压制压力为200MPa，保压时间为10s。
(3)烧结：采用推杆式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，烧结环境的氧含量低于10ppm，露点低于-40℃，脱蜡温度为450℃，脱蜡时间为20min；烧结温度为590℃，烧结保温时间为60min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在3h内降至室温，获得烧结件。该步骤的烧结环境优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
(4)热处理：将上述烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为580℃，固溶时间为0.5h；人工时效温度为160℃，人工时效时间为24h。
经过测试，未加纳米SiO2粉末的6061铝合金粉的流速是93S/50g；加入5％的纳米SiO2粉末后，流速变为84S/50g。未加纳米SiO2粉末的6061铝合金粉烧结后强度是127MPa；6061铝合金粉加入5％的纳米SiO2粉末后，烧结而成的铝基复合材料的强度是151MPa。
实施例5：
本实施例以6061铝合金基体为例，对纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为75μm的6061铝合金粉末与平均粒径为35nm的纳米SiO2粉末混合得到原料粉末，其中纳米SiO2粉末占原料粉末的质量分数为1.2％，余量为6061铝合金粉末。原料粉末在转速为185r/min的行星式球磨机上球磨5.5h，在球磨结束前0.5h，向原料粉末中添加占原料粉末的质量分数为1.8％的硬脂酸作为润滑剂，球磨结束后，获得混合粉末。该步骤所用纳米SiO2粉末可以优选为疏水性气相法二氧化硅，其主要参数见下表：
(2)成形：将步骤(1)所得粉末进行模压成形，压制压力为350MPa，保压时间为25s。
(3)烧结：采用推杆式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，烧结环境的氧含量低于10ppm，露点低于-40℃，脱蜡温度为370℃，脱蜡时间为45min；烧结温度为660℃，烧结保温时间为55min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在2.5h内降至室温，获得烧结件。该步骤的烧结环境优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
(4)热处理：将上述烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为550℃，固溶时间为3.5h；人工时效温度为200℃，人工时效时间为15h。
经过测试，未加纳米SiO2粉末的6061铝合金粉的流速是95S/50g；加入1.2％的纳米SiO2粉末后，流速变为82S/50g。未加纳米SiO2粉末的6061铝合金粉烧结后强度是193MPa；6061铝合金粉加入1.2％的纳米SiO2粉末后，烧结而成的铝基复合材料的强度是209MPa。
实施例6：
本实施例以7075铝合金基体为例，对纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为100μm的7075铝合金粉末与平均粒径为8nm的纳米SiO2粉末混合获得原料粉末，其中原料粉末中的纳米SiO2粉末的质量分数为0.5％，余量为7075铝合金粉末。原料粉末在转速为200r/min的行星式球磨机上球磨5h，在球磨结束前0.5h，向原料粉末中添加占原料粉末的质量分数为2％的石蜡作为润滑剂，球磨结束后，得到混合粉末。该步骤所用纳米SiO2粉末可以优选为疏水性气相法二氧化硅，其主要参数见下表：
(2)成形：将步骤(1)所得粉末进行模压成形，压制压力为450MPa，保压时间为30s。
(3)烧结：采用推杆式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，脱蜡温度为350℃，脱蜡时间为50min；烧结温度为620℃，烧结保温时间为30min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在3h内降至室温，获得烧结件。该步骤烧结的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
(4)热处理:将上述烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为460℃，固溶时间为6h，人工时效温度为100℃，人工时效时间为8h。
经过测试，未加纳米SiO2粉末的7075铝合金粉的流速是98S/50g；加入0.5％的纳米SiO2粉末后，流速变为85S/50g。未加纳米SiO2粉末的7075铝合金粉烧结后强度是241MPa；7075铝合金粉加入0.5％的纳米SiO2粉末后，烧结而成的铝基复合材料的强度是282MPa。
实施例7：
本实施例以高硅铝合金4A11铝合金基体为例，对纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为30μm的4A11铝合金粉末与平均粒径为145nm的纳米SiO2粉末混合得到原料粉末，其中原料粉末中的纳米SiO2粉末的质量分数为0.08％，余量为4A11铝合金粉末。原料粉末在转速为200r/min的行星式球磨机上球磨6h，在球磨结束前0.5h，向原料粉末中添加占原料粉末的质量分数为1.5％的硬脂酸，球磨结束后，得到混合粉末。该步骤所用纳米SiO2粉末可以优选为疏水性气相法二氧化硅，其主要参数见下表：
(2)成形：将步骤(1)所得粉末进行模压成形，压制压力为250MPa，保压时间为10s。
(3)烧结：采用管式炉进行烧结，烧结保护气氛为高纯N2，脱蜡温度为400℃，脱蜡时间为35min；烧结温度为610℃，烧结保温时间为50min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在1h内降至室温，得到烧结件。该步骤烧结的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
(4)热处理：将上述烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为525℃，固溶时间为1.5h，人工时效温度为175℃，人工时效时间为10h。
经过测试，未加纳米SiO2粉末的4A11铝合金粉的流速是103S/50g；加入0.08％的纳米SiO2粉末后，流速变为97S/50g。未加纳米SiO2粉末的4A11铝合金粉烧结后强度是186MPa；4A11铝合金粉加入0.08％的纳米SiO2粉末后，烧结而成的铝基复合材料的强度是198MPa。
实施例8：
本实施例以高硅铝合金Al-10Si基体为例，对纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为50μm的Al-10Si铝合金粉末与平均粒径为100nm的纳米SiO2粉末混合得到原料粉末，其中原料粉末中的纳米SiO2粉末的质量分数为0.05％，余量为Al-10Si铝合金粉末。原料粉末在转速为230r/min的行星式球磨机上球磨8h，在球磨结束前0.5h，向原料粉末中添加占原料粉末的质量分数为1.5％的石蜡作为润滑剂，球磨结束后，得到混合粉末。该步骤所用纳米SiO2粉末可以优选为疏水性气相法二氧化硅，其主要参数见下表：
(2)成形：将步骤(1)所得粉末进行模压成形，压制压力为250MPa，保压时间为10s。
(3)烧结：采用网带式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，脱蜡温度为380℃，脱蜡时间为40min；烧结温度为595℃，烧结保温时间为45min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在3h内降至室温，得到烧结件。该步骤烧结的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
(4)热处理：将上述烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为520℃，固溶时间为2h，人工时效温度为170℃，人工时效时间为10h。
经过测试，未加纳米SiO2粉末的Al-10Si铝合金粉的流速是107S/50g；加入0.05％的纳米SiO2粉末后，流速变为95S/50g。未加纳米SiO2粉末的Al-10Si铝合金粉烧结后强度是130MPa；Al-10Si铝合金粉加入0.05％的纳米SiO2粉末后，烧结而成的铝基复合材料的强度是145MPa。
实施例9：
本实施例以陶瓷颗粒增强的Al2O3-2024铝基复合材料基体为例，对纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为85μm的Al2O3-2024铝基复合材料粉末与平均粒径为15nm的纳米SiO2粉末混合获得原料粉末，其中原料粉末中的纳米SiO2粉末的质量分数为0.1％，余量为Al2O3-2024铝基复合材料粉末。原料粉末在转速为210r/min的行星式球磨机上球磨7h，在球磨结束前0.5h，向原料粉末中添加占原料粉末的质量分数为1％的硬脂酸锌作为润滑剂，球磨结束后，得到混合粉末。如图3所示，可见Al2O3-2024基复合材料粉末与纳米SiO2粉末混合均匀，纳米SiO2颗粒可在烧结后与基体结合良好，显著增强力学性能。该步骤所用纳米SiO2粉末可以优选为疏水性气相法二氧化硅，其主要参数见下表：
(2)成形：将步骤(1)所得粉末进行模压成形，压制压力为300MPa，保压时间为20s。
(3)烧结：采用网带式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，脱蜡温度为440℃，脱蜡时间为25min；烧结温度为585℃，烧结保温时间为40min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在2h内降至室温，获得烧结件。该步骤烧结的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
(4)热处理：将上述烧结件进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为490℃，固溶时间为1h，人工时效温度为190℃，人工时效时间为20h。
经过测试，未加纳米SiO2粉末的Al2O3-2024粉的流速是94S/50g；加入0.1％的纳米SiO2粉末后，流速变为81S/50g。未加纳米SiO2粉末的Al2O3-2024粉烧结后强度是226MPa；Al2O3-2024粉加入0.1％的纳米SiO2粉末后，烧结而成的铝基复合材料的强度是257MPa。
实施例10：
本实施例以热处理不可强化的3003铝合金基体为例，对纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为70μm的3003铝合金粉末与平均粒径为70nm的纳米SiO2粉末混合获得原料粉末，其中原料粉末中的纳米SiO2粉末的质量分数为0.4％，余量为3003铝合金粉末。原料粉末在转速为190r/min的行星式球磨机上球磨4h，在球磨结束前0.5h，向原料粉末中添加占原料粉末的质量分数为1.5％的石蜡作为润滑剂，球磨结束后，得到混合粉末。该步骤所用纳米SiO2粉末可以优选为疏水性气相法二氧化硅，其主要参数见下表：
(2)成形:将步骤(1)所得进行模压成形，压制压力为500MPa，保压时间为10s。
(3)烧结：采用推杆式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，脱蜡温度为400℃，脱蜡时间为30min；烧结温度为570℃，烧结保温时间为40min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在3h内降至室温，获得烧结件。该步骤烧结的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
经过测试，未加纳米SiO2粉末的3003铝合金粉的流速是91S/50g；加入0.4％的纳米SiO2粉末后，流速变为78S/50g。未加纳米SiO2粉末的3003铝合金粉烧结后强度是112MPa；3003铝合金粉加入0.4％的纳米SiO2粉末后，烧结而成的铝基复合材料的强度是140MPa。

Claims (10)

1.一种纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)混粉：将铝基体粉末与纳米SiO2粉末混合得到原料粉末，所述原料粉末采用手动混合或混合机混合来混合均匀，其中，铝单质粉末或铝合金粉末的平均粒度为30～100μm，纳米SiO2粉末的平均粒度为5～145nm，纳米SiO2在原料粉末中的质量百分数为0.01％～5％，余量为铝基体粉末，所述铝基体粉末为铝单质粉末或铝合金粉末或铝基复合材料粉末；
(2)成形:将步骤(1)所得粉末压制成形，得到坯体；
(3)烧结:在保护气氛下对步骤(2)所得坯体进行烧结，烧结温度为550～660℃，保温时间为5～60min，保温完毕后随炉冷却，即继续在保护气氛保护下缓慢冷却，冷却时间为0.5～3h，获得烧结件；
(4)热处理：将步骤(3)所得的烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为450～580℃，固溶时间为0.5～6h，人工时效温度为100～200℃，人工时效时间为3～24h。
2.根据权利要求1所述的纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中铝基体粉末平均粒度为60～80μm，纳米SiO2粉末平均粒度为10～50nm，纳米SiO2粉末在复合粉末中的质量百分数为0.1％～1.5％。
3.根据权利要1所述的纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中的混合机采用球磨机，球磨机转速为180～230r/min，球磨时间为4～8h。
4.根据权利要求3所述的纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：所述球磨机转速为180～210r/min，球磨时间为5～6h。
5.根据权利要1所述的纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中纳米SiO2粉末为疏水性气相法二氧化硅，其主要参数见下表：
6.根据权利要求1所述的纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)的混粉过程中，向原料粉末中添加润滑剂，该润滑剂的质量为原料粉末质量的0.5％～2％。
7.根据权利要求6所述的纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：润滑剂的添加方式为手动混合或混合机混合，其中，混合机混合选用球磨机、V型混合器、锥形混合器、酒桶式混合器、螺旋混合器中的任意一种混合机进行混合。
8.根据权利要求6或7所述的纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：
在步骤(3)的烧结前先对坯体进行脱蜡处理，脱蜡温度为350～450℃，脱蜡时间为20～50min。
9.根据权利要求1所述的纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中原料粉末的压制成形方式采用模压成形，成形压力为150～500MPa。
10.根据权利要求1所述的纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：对于烧结件为纯铝基体或是热处理不可强化的铝合金基体的不进行步骤(4)。
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