CN112159908A - 一种少层纳米二硫化钼增强铝基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种少层纳米二硫化钼增强铝基复合材料的制备方法，包括下列步骤：1)MoS2/Al复合粉末的制备：取一定质量分数(0.05～3.0wt％)的少层纳米二硫化钼粉末和相应的纯铝粉置于球磨罐中，加入用以防止发生冷焊的球磨过程控制剂，装入球磨罐，对装有物料的球磨罐抽真空并充入惰性气体进行球磨，制备MoS2/Al复合粉末；2)冷压成型：取出经球磨混合的MoS2/Al复合粉末，放入冷压模具中，冷压成型，参数为：压力400～800MPa。3)烧结：将步骤2)获得的冷压成型的复合材料，在惰性气体保护下进行无压烧结，烧结温度为：550～650℃。
Description
技术领域
本发明属于金属基复合材料制备技术领域，具体涉及一种采用粉末冶金工艺制备少层纳米二硫化钼增强铝基复合材料的方法。
背景技术
铝基复合材料具有轻质高强、低的热膨胀系数及良好的高温性能的优点，自发展以来受到了研究人员的热切关注，并应用于包括航空航天、武器装备、汽车工业、电子等领域具有广阔的应用前景。目前人们研究与应用较多的铝基复合材料主要有SiCp/Al、B/Al、Al2O3/Al。
金属基复合材料的主要强化机制为载荷传递，增强相的大比表面积有利于载荷传递，从而发挥更好的增强效果。石墨烯等二维材料由于其超薄的厚度及其纳米尺寸引起的量子限域作用，而表现出不同于普通材料的奇特性质。同时二维材料具有大的比表面积，也有利于基体与增强相间的载荷传递。单层二硫化钼的结构是中间一层Mo原子，两边各一层S原子的夹心板层式结构，有文献报道，通过纳米压痕技术对其力学性能进行了研究，测得单层二硫化钼的弹性模量约为230±50GPa，断裂强度约为32.9±4.0GPa，具有优异的力学性能，可能对金属材料起到良好的增强增韧作用。
二硫化钼由于优异的性质目前被广泛应用于功能材料中，但还未见到用二硫化钼增强金属基复合材料的文献报道。因此本发明将少层纳米二硫化钼通过粉末冶金的方法加入铝基体中制备了一种强度提高同时塑性良好保持的铝基复合材料，以期为金属基复合材料设计、增强体的开发选择提供新的方法与指导。
发明内容
本发明目的在于提供一种将力学性能优异的少层二硫化钼材料加入铝基体中，制备高强韧性匹配的铝基复合材料的方法，技术方案如下：
一种少层纳米二硫化钼增强铝基复合材料的制备方法，包括下列步骤：
1)MoS2/Al复合粉末的制备：取一定质量分数(0.05～3.0wt％)的少层纳米二硫化钼粉末和相应的纯铝粉置于球磨罐中，加入用以防止发生冷焊的球磨过程控制剂，装入球磨罐，对装有物料的球磨罐抽真空并充入惰性气体进行球磨，制备MoS2/Al复合粉末；
2)冷压成型：取出经球磨混合的MoS2/Al复合粉末，放入冷压模具中，冷压成型，参数为：压力400～800MPa。
3)烧结：将步骤2)获得的冷压成型的复合材料，在惰性气体保护下进行无压烧结，烧结温度为：550～650℃。
步骤1)中，球磨参数为：球料比(5-20)：1至20：1；转速200rpm至500rpm，球磨时间2～5小时。加入0.2wt％的硬脂酸颗粒作为球磨过程的控制剂。步骤4)之后，进行热挤压处理：在450～570℃下保温一段时间，对其进行挤压比(9～16)：1的热挤压。
附图说明
图1为本发明实施例所用的少层MoS2粉末的SEM照片。
图2为本发明实施例所用的少层MoS2粉末的TEM照片。
图3为本发明实施例1所用Al粉的SEM照片。
图4为本发明实施例1所制备复合材料的XRD图谱。
图5为本发明实施例1所制备复合材料的TEM照片。
图6为本发明实施例1所制备复合材料的拉伸曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，这些实施例只是用于说明本发明，并不限制本发明。
实施例1
称取少层纳米二硫化钼粉末(市面有售)0.18g，球状铝粉11.82g(纯度>99.9％，粒径为9～11μm)，硬脂酸0.024g和直径6mm的不锈钢球120g，置于球磨罐中，并充入氩气，在行星式球磨机上进行200rpm/3h和400rpm/2h的球磨制备复合粉末。在手套箱中取出复合粉末，置于冷压模具中，在室温下进行压力为600MPa，保压1min的冷压成型得到块体材料。将得到的块体复合材料置于管式炉中，通入氩气，在630℃下进行无压烧结1h。而后在570℃下保温30min进行挤压比为16：1的热挤压，得到MoS2质量分数为1.5wt％铝基复合材料棒材。
实施例2
称取少层纳米二硫化钼粉末0.06g，球状铝粉11.94g，硬脂酸0.024g和直径6mm的不锈钢球180g，置于球磨罐中，并充入氩气，在行星式球磨机上进行400rpm/3h的球磨制备复合粉末。在手套箱中取出复合粉末，置于冷压模具中，室温下进行600MPa，保压1min的冷压成型。将得到的块体复合材料置于管式炉中，通入氩气，在630℃下进行无压烧结1h，得到MoS2质量分数为0.5wt％的铝基复合材料。
实施例3
称取少层纳米二硫化钼粉末0.12g，球状铝粉11.88g，硬脂酸0.024g和直径6mm的不锈钢球240g，置于球磨罐中，并充入氩气，在行星式球磨机上进行500rpm/2h的球磨。在手套箱中取出复合粉末，置于冷压模具中，室温下进行500MPa，保压2min的冷压成型。将得到的块体复合材料置于管式炉中，通入氩气，在600℃下进行无压烧结1h，得到MoS2质量分数为1.0wt％的铝基复合材料。
实施例4
称取0.24g的少层纳米二硫化钼粉末，球状铝粉11.76g，0.024g的硬脂酸和120g的直径6mm的不锈钢球，置于球磨罐中，并充入氩气，在行星式球磨机上进行200rpm/3h和400rpm/2h的球磨。在手套箱中取出复合粉末，置于冷压模具中，室温下进行500MPa，保压2min的冷压成型。将得到的块体复合材料置于管式炉中，通入氩气，在600℃下进行无压烧结1h，得到MoS2质量分数为1.0wt％的铝基复合材料。
实施例5
称取少层纳米二硫化钼粉末0.12g，球状铝粉11.88g(纯度>99.9％，粒径为9～11μm)，硬脂酸0.024g和直径6mm的不锈钢球120g，置于球磨罐中，并充入氩气，在行星式球磨机上进行200rpm/2h和400rpm/3h的球磨。在手套箱中取出复合粉末，置于冷压模具中，室温下进行600MPa，保压1min的冷压成型。将得到的块体复合材料置于管式炉中，通入氩气，在630℃下进行无压烧结1h，后在570℃下保温30min进行挤压比为16：1的热挤压，得到MoS2质量分数为1.0wt％铝基复合材料棒材。
Claims (5)
1.一种少层纳米二硫化钼增强铝基复合材料的制备方法，包括下列步骤：
1)MoS2/Al复合粉末的制备：取一定质量分数(0.05～3.0wt％)的少层纳米二硫化钼粉末和相应的纯铝粉置于球磨罐中，加入用以防止发生冷焊的球磨过程控制剂，装入球磨罐，对装有物料的球磨罐抽真空并充入惰性气体进行球磨，制备MoS2/Al复合粉末；
2)冷压成型：取出经球磨混合的MoS2/Al复合粉末，放入冷压模具中，冷压成型，参数为：压力400～800MPa。
3)烧结：将步骤2)获得的冷压成型的复合材料，在惰性气体保护下进行无压烧结，烧结温度为：550～650℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，球磨参数为：球料比(5-20)：1至20：1；转速200rpm至500rpm，球磨时间2～5小时。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，加入0.2wt％的硬脂酸颗粒作为球磨过程的控制剂。
4.根据权利要求1-4任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤4)之后，进行热挤压处理。
5.根据权利要求1-5任意一项所述的制备方法，其特征在于，在450～570℃下保温一段时间，对其进行挤压比(9～16)：1的热挤压。
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