本發(fā)明屬于高性能鋁合金復(fù)合材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種高耐腐蝕性鋁合金復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，鋁合金的需求日益增多，隨著現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的不斷提高，鋁合金的性能也必需隨之提高，才能滿足人們對產(chǎn)品越來越高的要求，而現(xiàn)有的鋁合金的耐腐蝕性能欠缺，從而限制了其使用。碳硼烷，是由二十面體硼烷結(jié)構(gòu)中的兩個bh單元被兩個等電荷的ch+單元所取代而形成的，碳硼烷有三種構(gòu)型：籠狀、巢狀和網(wǎng)狀，其中籠狀屬于封閉式，巢狀和網(wǎng)狀屬于開放式，其中籠狀的碳硼烷數(shù)量最多也最穩(wěn)定。其中，在眾多的碳硼烷分子中，二碳代-閉式-十二卡硼烷(c2b10hl2)，尤其引人注目，常簡稱為碳硼烷，其由兩個碳原子、十個硼原子構(gòu)成，具有二十面體結(jié)構(gòu)。碳硼烷的籠式結(jié)構(gòu)使其具有很高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，即便是700℃高溫或氧化劑、強酸和堿存在下，碳硼烷的性質(zhì)還是相當(dāng)穩(wěn)定。它的籠式結(jié)構(gòu)具有類似于立體苯環(huán)一樣的超芳香性，碳硼烷體系的缺電子性使相鄰鍵離子化程度增加，穩(wěn)定性增加，獨特的幾何形狀以及硼原子核的高中子俘獲截面，由于其顯著的穩(wěn)定性能。液體氟彈性體，相比起傳統(tǒng)的氟彈性體，分子量較低，具有更好的加工性能，而且其化學(xué)性能，特別是耐化學(xué)品性能優(yōu)良。利用碳硼烷-液體氟聚合物涂層來增強鋁合金，可以大大提高其的化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫穩(wěn)定性。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是研制出一種高耐腐蝕性鋁合金復(fù)合材料，本發(fā)明所述的鋁合金復(fù)合材料具有優(yōu)異的高耐腐蝕性能。本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種高耐腐蝕性鋁合金復(fù)合材料，包括鋁合金復(fù)合材料和耐腐蝕涂層，所述耐腐蝕涂層是碳硼烷-液體氟聚合物涂層。作為優(yōu)選，所述碳硼烷-液體氟聚合物由以下方法制備：將高壓反應(yīng)釜通氮氣，置換氣氛，然后通氮氣條件下依次加入端羧基液體氟聚合物的四氫呋喃溶液,1,7-二羥甲基碳硼烷,二環(huán)己基碳二亞胺,4-二甲氨基吡啶,對甲基苯磺酸，于70℃、1.0mpa條件下攪拌反應(yīng)48h，冷卻至室溫，放料，過濾，濾液通過柱色譜分離方法，用石油醚：乙酸乙酯＝10:1的淋洗液淋洗，然后用四氫呋喃沖洗吸附在硅膠上的物質(zhì)，直到黃色褪去，收集淋洗液，旋蒸溶劑，產(chǎn)物于70℃下真空干燥12h，得到所述碳硼烷-液體氟聚合物。作為優(yōu)選，所述鋁合金復(fù)合材料由二碳代-閉式-十二卡硼烷增強相和鋁合金基體組成，包括25wt.％二碳代-閉式-十二卡硼烷和75wt.％鋁合金。作為優(yōu)選，所述鋁合金的化學(xué)成分包括：1.0～2wt％的fe；0.3～0.5wt％的cu；0.8～1.3wt％的co；1.0～1.5wt％的be；0.5～1.0wt％的ni；0.3～0.8wt％的mo；0.3～0.5wt％的re；余量為鋁。作為優(yōu)選，所述所述鋁合金的化學(xué)成分包括：1.8wt％的fe；0.8wt％的cu；1.0wt％的co；1.3wt％的be；0.6wt％的ni；0.5wt％的mo；0.3wt％的re；余量為鋁。作為優(yōu)選，所述稀土元素re為pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、tm和lu中的一種或多種。作為優(yōu)選，所述端羧基液體氟聚合物是偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物中的一種。本發(fā)明的目的之二是提供一種高耐腐蝕性鋁合金復(fù)合材料的制備方法，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種高耐腐蝕性鋁合金復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將二碳代-閉式-十二卡硼烷粉末和鋁合金各原料粉體進行烘干處理，然后放入“v”型混粉機中，在轉(zhuǎn)速35r/min的條件下混合36h；(2)將步驟1制得的混合粉體放入vc高效混合機中，在轉(zhuǎn)速120r/min的條件下混合60min；(3)將步驟1制得的混合粉體置于攪拌式球磨機中，充入液氮，待液氮浸沒全部磨球時開始球磨，球料比為30∶1，球磨4～6小時；(4)將球磨混合均勻的復(fù)合粉末裝在預(yù)先制好的石墨模具內(nèi)，在等離子活化燒結(jié)爐內(nèi)進行表面活化處理，加載時間3～5min、電壓30kv、電流80a；然后在等離子活化燒結(jié)爐內(nèi)進行等離子活化燒結(jié)，升溫速率40℃/min，真空度≤10pa，燒結(jié)時施加的壓力為25～30mpa，燒結(jié)溫度550℃，保溫時間10min；(5)將燒結(jié)后的試樣在400℃條件下下保溫5h，然后淬火，淬火后在100℃下保溫40h，即得到所述鋁合金復(fù)合材料；(6)將上述所得鋁合金復(fù)合材料表面打磨后清洗，然后浸入阿羅丁液，在復(fù)合材料表面鍍上阿羅丁膜；(7)將碳硼烷-液體氟聚合物溶解于thf中，加入hdi三聚體、二月桂酸二丁基錫，充分?jǐn)嚢杈鶆?，然后將攪拌均勻的溶液涂覆在步驟6所得復(fù)合材料表面，在60℃條件下抽真空除溶劑，在80℃條件固化4h，然后烘干完成涂覆，即得到所述高耐腐蝕性鋁合金復(fù)合材料。本發(fā)明的有益效果(1)本發(fā)明利用碳硼烷-液體氟聚合物涂層來增強鋁合金的耐腐蝕性能，所得產(chǎn)物的耐化學(xué)腐蝕性能得到了較大提升。液體氟彈性體具有優(yōu)異的耐化學(xué)品性能，而碳硼烷具有優(yōu)異的耐高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性，將兩者的聚合物作為涂料涂覆在鋁合金表面，可以大大提高鋁合金的耐腐蝕性能。本發(fā)明所述的鋁合金復(fù)合材料，是利用碳硼烷來增強鋁合金，所得產(chǎn)物的穩(wěn)定性能得到了較大提升。本發(fā)明所用鋁合金中添加了各種元素，可以在合金中形成高溫強化相，提高合金的耐熱性，可防止合金元素的氧化、燒損和吸氣，提高合金的冶煉質(zhì)量；碳硼烷的籠式結(jié)構(gòu)使其具有很高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，即便是700℃高溫或氧化劑、強酸和堿存在下，碳硼烷的性質(zhì)還是相當(dāng)穩(wěn)定，碳硼烷的加入可以大大增強鋁合金材料的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。本發(fā)明的鋁合金中含有錫、鍺，錫和鍺都可以降低鋁的熔點，起到助熔劑的作用，使其可以在較低溫度下熔融，降低了加工溫度。(2)本發(fā)明所述的高耐腐蝕性鋁合金復(fù)合材料的制備工藝，將碳硼烷粉末和鋁合金原料粉末混料，通過表面活化、等離子活化燒結(jié)，在燒結(jié)過程中，顆粒表面容易活化，通過表面擴散的物質(zhì)傳遞得到促進，晶粒受脈沖電流加熱和垂直單向壓力的作用，體擴散和晶粒擴散都得到加強，加快了致密化過程，并且升溫速度快，保溫時間短，實現(xiàn)鋁基復(fù)合材料的快速燒結(jié)，不僅可以節(jié)約能量、節(jié)約時間、提高設(shè)備效率，而且抑制了晶粒的長大，所得燒結(jié)樣品晶粒均勻，致密度高，力學(xué)性能好。在低溫下實現(xiàn)鋁基復(fù)合材料的致密化，防止了鋁基體與碳硼烷顆粒之間發(fā)生反應(yīng)，再進行熱處理獲得納米尺寸分布的時效析出強化相，最終使得鋁基體組織處于多相細(xì)小彌散分布，以及碳硼烷顆粒強化相均勻分布狀態(tài)，制備出接近全致密的高性能燒結(jié)試樣。具體實施方式實施例1一種高耐腐蝕性鋁合金復(fù)合材料，包括鋁合金復(fù)合材料和耐腐蝕涂層，所述耐腐蝕涂層是碳硼烷-液體氟聚合物涂層。所述碳硼烷-液體氟聚合物由以下方法制備：將高壓反應(yīng)釜通氮氣，置換氣氛，然后通氮氣條件下依次加入端羧基液體氟聚合物(偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物，羧基質(zhì)量百分含量為2.01％，數(shù)均分子量mn＝3500，重均分子量mw＝1.6×103)的四氫呋喃溶液、1,7-二羥甲基碳硼烷、二環(huán)己基碳二亞胺、4-二甲氨基吡啶、對甲基苯磺酸，于70℃、1.0mpa條件下攪拌反應(yīng)48h，冷卻至室溫，放料，過濾，濾液通過柱色譜分離方法，用石油醚：乙酸乙酯＝10:1的淋洗液淋洗，然后用四氫呋喃沖洗吸附在硅膠上的物質(zhì)，直到黃色褪去，收集淋洗液，旋蒸溶劑，產(chǎn)物于70℃下真空干燥12h，得到所述碳硼烷-液體氟聚合物，產(chǎn)率88％，產(chǎn)物的gpc表征結(jié)果顯示其數(shù)均分子量為3900，重均分子量mw＝2.3×103。紅外測試結(jié)果：ftir,ν(cm-1,kbr壓片):2996,3034(-ch2-),2600(bh),1766,1720(c＝o),1670(c＝c),1390(-fch2),1200(-cf2-),886(-cf3),720(c-c)。作為優(yōu)選，所述鋁合金復(fù)合材料由二碳代-閉式-十二卡硼烷增強相和鋁合金基體組成，包括25wt.％二碳代-閉式-十二卡硼烷和75wt.％鋁合金。作為優(yōu)選，所述所述鋁合金的化學(xué)成分包括：1.8wt％的fe；0.8wt％的cu；1.0wt％的co；1.3wt％的be；0.6wt％的ni；0.5wt％的mo；0.3wt％的re；余量為鋁。作為優(yōu)選，所述稀土元素re為sm和lu。實施例2一種高耐腐蝕性鋁合金復(fù)合材料，包括鋁合金復(fù)合材料和耐腐蝕涂層，所述耐腐蝕涂層是碳硼烷-液體氟聚合物涂層。所述碳硼烷-液體氟聚合物由以下方法制備：將高壓反應(yīng)釜通氮氣，置換氣氛，然后通氮氣條件下依次加入端羧基液體氟聚合物(偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物，羧基質(zhì)量百分含量為2.01％，數(shù)均分子量mn＝3500，重均分子量mw＝1.6×103)的四氫呋喃溶液、1,7-二羥甲基碳硼烷、二環(huán)己基碳二亞胺、4-二甲氨基吡啶、對甲基苯磺酸，于70℃、1.0mpa條件下攪拌反應(yīng)48h，冷卻至室溫，放料，過濾，濾液通過柱色譜分離方法，用石油醚：乙酸乙酯＝10:1的淋洗液淋洗，然后用四氫呋喃沖洗吸附在硅膠上的物質(zhì)，直到黃色褪去，收集淋洗液，旋蒸溶劑，產(chǎn)物于70℃下真空干燥12h，得到所述碳硼烷-液體氟聚合物，產(chǎn)率88％，產(chǎn)物的gpc表征結(jié)果顯示其數(shù)均分子量為3900，重均分子量mw＝2.3×103。紅外測試結(jié)果：ftir,ν(cm-1,kbr壓片):2996,3034(-ch2-),2600(bh),1766,1720(c＝o),1670(c＝c),1390(-fch2),1200(-cf2-),886(-cf3),720(c-c)。作為優(yōu)選，所述鋁合金復(fù)合材料由二碳代-閉式-十二卡硼烷增強相和鋁合金基體組成，包括25wt.％二碳代-閉式-十二卡硼烷和75wt.％鋁合金。作為優(yōu)選，所述鋁合金的化學(xué)成分包括：1.0wt％的fe；0.5wt％的cu；1.3wt％的co；1.0wt％的be；0.5wt％的ni；0.3wt％的mo；0.5wt％的re；余量為鋁。作為優(yōu)選，所述稀土元素re為dy。實施例3一種高耐腐蝕性鋁合金復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將二碳代-閉式-十二卡硼烷粉末和鋁合金各原料粉體進行烘干處理，然后放入“v”型混粉機中，在轉(zhuǎn)速35r/min的條件下混合36h；(2)將步驟1制得的混合粉體放入vc高效混合機中，在轉(zhuǎn)速120r/min的條件下混合60min；(3)將步驟1制得的混合粉體置于攪拌式球磨機中，充入液氮，待液氮浸沒全部磨球時開始球磨，球料比為30∶1，球磨4～6小時；(4)將球磨混合均勻的復(fù)合粉末裝在預(yù)先制好的石墨模具內(nèi)，在等離子活化燒結(jié)爐內(nèi)進行表面活化處理，加載時間3～5min、電壓30kv、電流80a；然后在等離子活化燒結(jié)爐內(nèi)進行等離子活化燒結(jié)，升溫速率40℃/min，真空度≤10pa，燒結(jié)時施加的壓力為25～30mpa，燒結(jié)溫度550℃，保溫時間10min；(5)將燒結(jié)后的試樣在400℃條件下下保溫5h，然后淬火，淬火后在100℃下保溫40h，即得到所述鋁合金復(fù)合材料；(6)將上述所得鋁合金復(fù)合材料表面打磨后清洗，然后浸入阿羅丁液，在復(fù)合材料表面鍍上阿羅丁膜；(7)將碳硼烷-液體氟聚合物溶解于thf中，加入hdi三聚體、二月桂酸二丁基錫，充分?jǐn)嚢杈鶆?，然后將攪拌均勻的溶液涂覆在步驟6所得復(fù)合材料表面，在60℃條件下抽真空除溶劑，在80℃條件固化4h，然后烘干完成涂覆，即得到所述高耐腐蝕性鋁合金復(fù)合材料。實施例4對本發(fā)明實施例1、2所得鋁合金復(fù)合材料在常溫、常壓下進行性能測試，與現(xiàn)有技術(shù)相比結(jié)果如表1所示。表1.機械性能測試結(jié)果名稱實施例1實施例2現(xiàn)有技術(shù)屈服強度/mpa648645280拉伸強度/mpa703708322彈性模量gpa245250208硬度/hv197195120抗彎強度/mpa655658302通過表1可以看出，本發(fā)明所得鋁合金復(fù)合材料與現(xiàn)有技術(shù)相比，在屈服強度、拉伸強度、硬度、彈性模量和抗彎強度方面都得到了明顯提升，具有優(yōu)異的機械性能。對本發(fā)明實施例1、2所得鋁合金復(fù)合材料通過浸泡法進行耐航空煤油，耐酸，耐堿，耐溶劑性能測試，于25℃在各種介質(zhì)中浸泡120h的質(zhì)量增加見表2。表2.化學(xué)穩(wěn)定性能測試結(jié)果通過表2可以看出，本發(fā)明所得鋁合金復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。將本發(fā)明實施例1、2所得鋁合金復(fù)合材料在600℃下5h，然后常溫測試其力學(xué)性能，測試結(jié)果如表3所示。表3.耐熱穩(wěn)定性能測試名稱實施例1實施例2屈服強度/mpa645643拉伸強度/mpa702701彈性模量/gpa240247硬度/hv197195抗彎強度/mpa653658由表3可以看出，本發(fā)明所得鋁合金復(fù)合材料在600℃下5h后其屈服強度、拉伸強度、硬度、彈性模量和抗彎強度相差不大，說明本發(fā)明所得鋁合金復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐熱穩(wěn)定性能。當(dāng)前第1頁12