[其他]一種陶瓷鋁合金及其制造方法

在審

• 申請號: 101985000000575
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100575B
• 公開（公告）日: 1988-07-20
• 發明（設計）人: 楊靜煜;朱明光
• 申請（專利權）人: 南京工學院
• 代理公司: 南京工學院專利事務所
• 代理人: 姚建楠

本發明屬于金屬基粒子型復合材料。在以往發明的鋁基復合材料中加入的硬質粒子有Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、Ｚｉｒｃｏｎ、Ｉｌｌｉｔｅ等等。本發明加入的粒子是鋁釩土粒子。它可以不經包覆金屬層，用復合鑄造法、旋渦法等工藝直接加入到鋁或鋁合金中，制成陶瓷鋁合金。本發明制造工藝筒單，制造成本低廉，可以用作活塞和缸套等摩擦副。用于渦輪發動機的壓縮機葉片、熱交換器等耐熱零件。用作防彈板、屏蔽材料，也可降低裝飾件的制造成本。

本發明屬于金屬基粒子型復合材料。

在以往的發明中，運用復合鑄造法、旋渦法等工藝可以將一些固相粒子加入到鋁或鋁合金中去，選用的粒子有Zircon〔1〕、Illite〔2〕、Al₂O₃和SiC等。

鋁或鋁合金中加入了上述Al₂O₃等硬質粒子后，耐磨性能提高，材料磨損量比不含硬粒子的合金小得多。材料還具有吸振性能。加入Al₂O₃細粒子，可以提高材料的強度，特別是提高抗拉強度和0.2%屈服強度，還可以增強材料的耐熱性。

但是這些粒子與鋁液的潤濕性差，很難加入到鋁或鋁合金中去。因此，材料的制造工藝復雜，往往要在粒子外包覆金屬層以改善粒子與鋁液間的潤濕性。有些材料如Al₂O₃粒子，價格貴，貨源缺，難以普遍采用。

本發明目的在于選用鋁礬土粒子作為添加粒子，加入到鋁或鋁合金中，均勻地分布在基體內，制成陶瓷鋁合金。（圖1，2）

鋁礬土是水鋁石原礦經高溫煅燒、破碎、洗選后的產物。其化學成分為Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、CaO、MgO、Fe₃O₄等。其礦相組成復雜，含有剛玉、莫來石、玻璃態物質等。礦相組成因原礦成分變化和煅燒工藝不同而有所區別。

鋁礬土粒子與Al₂O₃粒子的性能相似。鋁礬土耐火度高，（大于1700℃）線膨脹系數小，熱穩定性好，高溫下化學穩定性好，硬度高，可達莫氏硬度6.5～7.0。

因此凡是Al₂O₃粒子對鋁合金基體起的增強作用，采用鋁礬土粒子都可以達到或接近達到。

另外，鋁礬土有其突出的優點。它與鋁液間的潤濕性較好，不需要包覆金屬層，就能直接加入到鋁或鋁合金中去。采用鋁礬土可以簡化復合材料的制造工藝并可大幅度降低材料價格。它的密度小于Al₂O₃，有利于減輕陶瓷鋁合金的密度。Al₂O₃是一種致密的物質，而鋁礬土則是一種多孔質材料，這有利于它和基體材料相互滲透，相互作用，從而與基體材料牢固結合起來。掃描電鏡照片顯示，陶瓷鋁合金中的鋁礬土粒子周圍，有一圈白亮色的鋁礬土與基體材料相互作用生成的過渡層（圖3），這有利于鋁礬土粒子存留在鋁或鋁合金基體中。

我國鋁礬土蘊藏量大，分布廣，來源豐富。河北、河南、貴州、湖南、山東、遼寧和山西均有大型礦藏。目前我國市場上粒度小于200目的鋁礬土制成品，價格約150元/噸。

這種陶瓷鋁合金的制造方法是：先將鋁或鋁合金加熱至全液態或半固態，接著劇烈攪拌金屬液，造成旋渦。然后向旋渦中心投放鋁礬土粒子。投放的鋁礬土粒子需先行加熱至400～950℃，并保溫0.5～2小時左右，以徹底去除所含水分。加入的鋁礬土粒子的粒度從0.1μm～1000μm。粒度小于0.1μm的粒子不容易在基體內均勻分布;而采用粒度大于1000μm的粒子，不易澆注出薄壁零件。鋁礬土粒子的加入量從0.5～40%（重量）。加入量小于0.5%（重量），對基體的增強效果不明顯;加入量大于40%（重量）則使金屬液流動性變差，難以澆注成型。鋁礬土粒子加入到金屬液中并分布均勻以后，就可在液態或固相組分適于鑄造的半固態條件下澆注成型。反復重熔，鋁礬土粒子不會被排出合金基體。