鋁合金浮石蛭石氧化鐵鈷複合材料及其製備方法
2023-05-10 21:57:21
專利名稱：鋁合金浮石蛭石氧化鐵鈷複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於金屬材料領域，涉及一種鋁合金浮石、蛭石氧化鐵鈷複合材料及其制 備方法及其製備方法。
背景技術：
目前屬材料領域中，對材料的吸波減振作用受到了重視。CN200410023374. 1涉及一種鋁基吸波材料及其製備方法，其特徵在於將鋁或鋁 合金板表層採用直流或交流電一步或二步陽極氧化法形成多孔氧化鋁膜，製成鋁基多孔氧 化鋁模板，即AA0模板；採用直流或脈衝電流電化學沉積在鋁基AA0多孔膜中組裝磁性納米 金屬線陣列，製成表層原位組裝磁性納米線陣列的鋁基吸波材料。該方法的缺點是要求技 術難度高。CN200910071958. 9提出陶瓷晶須/鐵磁金屬複合吸波材料及其製備方法，它涉及 一種用於吸收電磁波的複合材料及其製備方法。將表面鍍有鐵磁金屬鍍層的陶瓷晶須在溫 度為300 400°C、熱處理氣氛為氫氣或氬氣的條件下熱處理60分鐘，即得陶瓷晶須/鐵磁 金屬複合吸波材料。該方法的缺點是陶瓷晶須表面塗鐵磁金屬鍍層，加工中鐵磁金屬易脫 落。CN200810219444. 9公開了一種顆粒增強阻尼多孔鎳鈦記憶合金基複合材料的制 備方法。採用梯級粉末燒結法，將鎳、鈦金屬粉末和調控材料的矽或氧化鋁顆粒按一定比例 均勻混合後壓製成生坯，矽顆粒或氧化鋁顆粒佔生坯重量的5 15%，採取梯級加熱方式 一次整體燒結而製得複合材料。該材料的缺點是吸波性能差。
發明內容
本發明的目的就是針對上述技術缺陷，提供一種鋁合金浮石、蛭石氧化鐵鈷複合 材料，該複合材料吸波性能高，並且具有優越的阻尼性能。本發明的另一目的是提供鋁合金浮石、蛭石氧化鐵鈷複合材料的製備方法，該制 備方法工藝簡單，生產成本低，適於工業化生產。本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種鋁合金基浮石蛭石氧化鐵鈷複合材料，該複合材料以鋁合金為基體，在基體 上分布著浮石蛭石氧化鐵鈷複合物，複合物的顆粒為o. 5-lmm ；該鋁合金基體的化學成分 的重量百分含量Mg為2% 5%，Co為0. 001% 0. 005%, Ga為0. 01% 0. 05%, Si為 0. 5% -1%，其餘為 A1。浮石蛭石氧化鐵鈷複合物是浮石和蛭石孔隙表面覆有一層氧化鐵鋇鈷，氧化鐵鋇 鈷層的厚度為0. 1-10 iim薄膜。一種鋁合金基浮石蛭石氧化鐵鈷複合材料的製備方法，其特徵在於它包括以下 步驟a.浮石、蛭石氧化鐵鈷複合物的準備把氯化鐵、氯化鈷和硫酸亞鐵銨裝入帶聚四氟乙烯襯裡的水熱容器中，加水溶解(加少量水至溶解即可)，再裝入浮石和蛭石，蛭石 顆粒的尺寸為0. 1-0. 4mm，浮石顆粒的尺寸為0. 5_lmm，蛭石和浮石的重量比為1 (1_2)， 攪拌以上物質達2-7min，四種物質氯化鐵、氯化鈷、硫酸亞鐵銨及浮石蛭石的重量比為 1:1-2:1: 1-2，攪拌結束後將攪拌物置於220°C的烘箱中保溫3h後自然冷卻便得到浮 石蛭石氧化鐵鈷複合物；b.鈦纖維的準備按重量百分含Cu為0. 003%-0. 09%，Sm為0. 003%-0. 09%， 其餘為Ti進行配料，原料置於帶有加熱裝置的升液管內熔化而形成鐵合金液，熔化溫度為 1780-1800°C ；升液管下部套裝有柱塞，柱塞在動力裝置帶動下可沿升液管上、下移動，柱塞 上移時可將升液管內液面抬高，從而便於轉輪凸緣將合金液拽出，形成鈦纖維，轉輪採用輪 緣有凸緣的水冷銅合金轉輪，合金液通過升液管與旋轉的水冷銅合金轉輪凸緣接觸，水冷 銅合金轉輪轉輪凸緣將合金液拽出，形成合金材料纖維，轉輪凸緣的線速度為19-21m/s，鈦 纖維的直徑為10-45 μ m;轉輪開轉前開啟轉輪水冷系統，水冷系統進水溫度小於30°C ；c.然後將長徑比為7 1的鈦纖維和浮石蛭石氧化鐵鈷複合物放入有加熱裝置 的底部通真空系統的鋼製模具的空腔中形成複合物預製體，鈦纖維佔浮石蛭石氧化鐵鈷復 合物的重量百分比為2%，控制複合物預製體佔金屬模具空腔體積的40-50% ；開啟加熱裝 置，控制溫度480-520°C ；d.鋁合金基體的準備將重量百分含量Mg為2% 5%，Co為0.001% 0.005%， Ga為0.01% 0.05%，Si為0.5% _1%，其餘為Al的原料在1680-1720°C溫度下熔化成
合金液；e.開啟真空系統，控制上述鋼製模具內的相對真空度為_30Kpa，將模具溫度控制 在480-520°C，將上述合金液體澆入鋼製模具空腔內複合物預製體的上面，並注滿模具，鋁 合金液體在真空壓力作用下滲入複合物預製體中的間隙，關閉模具加熱裝置，合金液體在 模具冷卻凝固而形成鋁合金基浮石、蛭石氧化鐵鈷複合材料。本發明相比現有技術的有益效果如下本發明中浮石、蛭石空隙大，易於接納鐵氧體(Fe3O4),鐵氧體處於浮石、蛭石的空 隙中，形成鐵氧體不會散落的浮石、蛭石氧化鐵鈷複合物，因而成為複合材料吸收電磁波的 堅實的物質中心；鐵和鈷氧化物複合吸波，吸收電磁波的頻率範圍變寬，作用比單一鐵氧體 增強。浮石和蛭石的空隙不同，容納鐵和鈷氧化物(Co2O3)的數量不同，利於電磁波的快速 衰減。鐵氧體處於浮石、蛭石的空隙中，不於鋁合金液體接觸，因此不會造成鋁合金的氧 化；鋁合金中的Si、Co可促進鋁合金與浮石、蛭石的界面結合。鋁合金中的Th可減小 鋁合金的顆粒，提高複合材料基體的強度。堅實的浮石、蛭石氧化鐵鈷複合物可提高鋁合金 複合材料的抗壓性能。這些都能改善鋁合金基浮石、蛭石氧化鐵鈷複合材料的力學性能。鈦纖維的作用是提高複合材料基體的強度。本發明的合金性能見表1。浮石、蛭石空隙大，易於接納鐵氧體，因此製備中攪拌和加熱時間均短，生產周期 短。複合材料製備工藝簡便，生產的複合材料具有一定良好阻尼性能，同時吸波性能優越，而且生產成本低，非常便於工業化生產。
四
圖1為本發明實施例一製得的鋁合金基浮石、蛭石氧化鐵鈷複合材料的金相組
么口由圖1可以看到在鋁合金基體上分布有浮石、蛭石氧化鐵鈷複合體。
五具體實施例方式以下各實施例僅用作對本發明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。實施例一本發明鋁合金基浮石、蛭石氧化鐵鈷複合材料的製備過程包括以下步驟a.浮石、蛭石氧化鐵鈷複合物的準備把氯化鐵、氯化鈷和硫酸亞鐵銨裝入帶聚 四氟乙烯襯裡的水熱容器中，加水溶解(加少量水至溶解即可)，再裝入浮石和蛭石，蛭石 顆粒的尺寸為0.1mm，浮石顆粒的尺寸為0.5mm，蛭石和浮石的重量比為1 1，攪拌以上物 質達2-7min，四種物質氯化鐵、氯化鈷、硫酸亞鐵銨及浮石蛭石的重量比為1 1 1 1， 攪拌結束後將攪拌物置於220°C的烘箱中保溫3h後自然冷卻便得到浮石蛭石氧化鐵鈷復 合物；b.鈦纖維的準備按重量百分含Cu為0. 003%-0. 09%，Sm為0. 003%-0. 09%， 其餘為Ti進行配料，原料置於帶有加熱裝置的升液管內熔化而形成鐵合金液；升液管下部 套裝有柱塞，柱塞在動力裝置帶動下可沿升液管上、下移動，柱塞上移時可將升液管內液面 抬高，從而便於轉輪凸緣將合金液拽出，形成鈦纖維，轉輪採用輪緣有凸緣的水冷銅合金轉 輪。合金液通過升液管與旋轉的水冷銅合金轉輪凸緣接觸，水冷銅合金轉輪轉輪凸緣將合 金液拽出，形成合金材料纖維，轉輪凸緣的線速度為19-21m/s，鈦纖維的直徑為10-45i!m;c.然後將長徑比為7 1的鈦纖維和浮石蛭石氧化鐵鈷複合物放入有加熱裝置的 底部通真空系統的鋼製模具的空腔中形成複合物預製體，鈦纖維佔浮石蛭石氧化鐵鈷複合 物的重量百分比為2%，控制複合物預製體佔金屬模具空腔體積的45% (由此可控制複合 物預製體佔複合材料的體積百分比)；開啟加熱裝置，控制溫度480-520°C。d.鋁合金基體的準備將重量百分含量Mg為2%，Co為0.001 %，Ga為0.01%， Si為0. 5%，其餘為鋁為原料，在1680-1720°c溫度下熔化成合金液；e.開啟真空系統，控制上述鋼製模具內的相對真空度為_30Kpa，將模具溫度控制 在480-520°C，將上述合金液體澆入鋼製模具空腔內複合物預製體的上面，並注滿模具，鋁 合金液體在真空壓力作用下滲入複合物預製體中的間隙，關閉模具加熱裝置，合金液體在 模具冷卻凝固而形成鋁合金基浮石、蛭石氧化鐵鈷複合材料。實施例二 a.浮石蛭石氧化鐵鈷複合物的準備浮石蛭石混合物中蛭石和浮石的重量比為 1 2，蛭石顆粒的尺寸為0.4mm，浮石顆粒的尺寸為1mm，氯化鐵、氯化鈷、硫酸亞鐵銨及浮 石蛭石混合物的重量比為1 2 1 2，c.控制浮石蛭石氧化鐵鈷複合物佔複合材料的體積比為40-50%，
d.鋁合金成分的重量百分含量Mg為5%，Co為0.005%，Ga為0.05%，Si為1%， 其餘為鋁。其製備過程同實施例一。實施例三a.浮石蛭石氧化鐵鈷複合物的準備浮石蛭石混合物中蛭石和浮石的重量比為 1 1.5，蛭石顆粒的尺寸為0.3mm，浮石顆粒的尺寸為0.7mm，氯化鐵、氯化鈷、硫酸亞鐵銨 及浮石蛭石混合物的重量比為1 1. 5 1 1.5，c.控制浮石蛭石氧化鐵鈷複合物佔複合材料的體積比為40-50%，d.鋁合金成分的重量百分含量為Mg為4%，Co為0. 004%，Ga為0.03%，Si為
0.7%。其製備過程同實施例一。實施例四(原料配比不在本發明配比範圍內的實例)a.浮石蛭石氧化鐵鈷複合物的準備浮石蛭石混合物中蛭石和浮石的重量比為 1 0.7，蛭石顆粒的尺寸為0.07mm，浮石顆粒的尺寸為0.4mm，氯化鐵、氯化鈷、硫酸亞鐵銨 及浮石蛭石混合物的重量比為1 0.9 1 0.8，c.控制浮石蛭石氧化鐵鈷複合物佔複合材料的體積比為40-50%，d.鋁合金成分的重量百分含量為Mg為1%，Co為0.00095%，Ga為0.009%，Si 為 0. 4%。其製備過程同實施例一。實施例五(原料配比不在本發明配比範圍內的實例)a.浮石蛭石氧化鐵鈷複合物的準備浮石蛭石混合物中蛭石和浮石的重量比為 1 2.1，蛭石顆粒的尺寸為0.5mm，浮石顆粒的尺寸為1.2mm，氯化鐵、氯化鈷、硫酸亞鐵銨 及浮石蛭石混合物的重量比為1 2. 1 1 2. 1，c.控制浮石蛭石氧化鐵鈷複合物佔複合材料的體積比為40-50%，d.鋁合金成分的重量百分含量為Mg為5.2%，Co為0.006%，Ga為0.06%，Si為
1.2 % o其製備過程同實施例一。下表為不同成份與配比的合金性能對照表表 1 鋁合金基浮石蛭石氧化鐵鋇複合材料，浮石複合物的顆粒尺寸過小，既減小了吸 波單元，降低了吸波強度和減振強度，又不利於不利於複合材料製造；複合物的顆粒尺寸過 大，吸波單元增大，減小了單位複合材料體積中吸波單元的數量，也不利於吸波和減振。鋁合金基浮石蛭石氧化鐵鋇複合材料製備時，蛭石浮石數量過小，氯化鐵、硝酸 鋇、硫酸亞鐵銨等不易全部進入蛭石浮石間隙，複合材料總的氧化鐵數量少，吸波強度弱； 蛭石浮石數量過多，不易形成完善的複合材料，蛭石浮石間隙內容納的氧化鐵數量少，吸波 強度也弱。鋁合金基浮石蛭石氧化鐵鋇複合材料製備時，蛭石數量過少或蛭石顆粒過小，隔 不開蛭石浮石顆粒，不利於鋁合金液體的浸滲，蛭石數量過多或蛭石顆粒過大，會影響鋁合 金基浮石蛭石氧化鐵鋇複合材料的力學性能。鋁合金基體中的Ti、Ga、Si、Co在本申請範圍內，複合材料具有良好的性能。這些 元素超出本申請配比範圍，脆性化合物數量多，鋁合金難與蛭石浮石界面結合，鈦合金自身 的力學性能降低，也大大降低複合材料的吸波性及減振性。
權利要求
一種鋁合金基浮石蛭石氧化鐵鈷複合材料，該複合材料以鋁合金為基體，在基體上分布著浮石蛭石氧化鐵鈷複合物，複合物的顆粒為0.5-1mm；該鋁合金基體的化學成分的重量百分含量Mg為2％～5％，Co為0.001％～0.005％，Ga為0.01％～0.05％，Si為0.5％-1％，其餘為Al。
2.—種鋁合金基浮石蛭石氧化鐵鈷複合材料的製備方法，其特徵在於它包括以下步驟a.浮石、蛭石氧化鐵鈷複合物的準備把氯化鐵、氯化鈷和硫酸亞鐵銨裝入帶聚四氟 乙烯襯裡的水熱容器中，加水溶解，再裝入浮石和蛭石，蛭石顆粒的尺寸為0. 1-0. 4mm，浮石 顆粒的尺寸為0.5-lmm，蛭石和浮石的重量比為1 (1-2)，攪拌以上物質達2-7min，四種物 質氯化鐵、氯化鈷、硫酸亞鐵銨及浮石蛭石的重量比為1 1-2 1 1-2，攪拌結束後將攪 拌物置於220°C的烘箱中保溫3h後自然冷卻便得到浮石蛭石氧化鐵鈷複合物；b.鈦纖維的準備按重量百分含Cu為0.003%-0. 09%, Sm為0.003% -0.09%，其 餘為Ti進行配料，原料置於帶有加熱裝置的升液管內熔化而形成鐵合金液，熔化溫度為 1780-1800°C ；合金液通過升液管與旋轉的水冷銅合金轉輪凸緣接觸，水冷銅合金轉輪轉輪 凸緣將合金液拽出，形成合金材料纖維，轉輪凸緣的線速度為19-21m/s，鈦纖維的直徑為 10-45 u m ；轉輪開轉前開啟轉輪水冷系統，水冷系統進水溫度小於30°C ；c.然後將長徑比為7 1的鈦纖維和浮石蛭石氧化鐵鈷複合物放入有加熱裝置的底部 通真空系統的鋼製模具的空腔中形成複合物預製體，鈦纖維佔浮石蛭石氧化鐵鈷複合物的 重量百分比為2 %，控制複合物預製體佔金屬模具空腔體積的40-50 % ；開啟加熱裝置，控制 溫度 480-520°C ；d.鋁合金基體的準備將重量百分含量Mg為2% 5%，Co為0.001% 0. 005%，Ga 為0.01% 0.05%，Si為0. 5%-1%，其餘為々1的原料在1680-1720°C溫度下熔化成合金 液；e.開啟真空系統，控制上述鋼製模具內的相對真空度為_30Kpa，將模具溫度控制在 480-520°C，將上述合金液體澆入鋼製模具空腔內複合物預製體的上面，並注滿模具，鋁合 金液體在真空壓力作用下滲入複合物預製體中的間隙，關閉模具加熱裝置，合金液體在模 具冷卻凝固而形成鋁合金基浮石蛭石氧化鐵鈷複合材料。
全文摘要
本發明提供一種鋁合金浮石蛭石氧化鐵鈷複合材料及其製備方法，該複合材料吸波性能高，並且具有優越的阻尼性能。該製備方法工藝簡單，生產成本低，適於工業化生產。該複合材料以鋁合金為基體，在基體上分布著浮石、蛭石氧化鐵鈷複合物，複合物的顆粒為0.5-1mm；該鋁合金基體的化學成分的重量百分含量Mg為2％～5％，Co為0.001％～0.005％，Ga為0.01％～0.05％，Si為0.5％-1％，其餘為Al。
文檔編號C22C47/08GK101876039SQ20101022031
公開日2010年11月3日 申請日期2010年7月6日 優先權日2010年7月6日
發明者王玲, 趙浩峰, 郭超 申請人:南京信息工程大學