[發(fā)明專利]新型顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備工藝及其專用設(shè)備

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710054485.2
• 申請(qǐng)日: 2007-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN101195876A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪喜和;范林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 汪喜和
• 主分類號(hào): C22C1/02
• 分類號(hào): C22C1/02;C22C21/00;B22D21/04
• 代理公司: 鄭州大通專利代理有限公司
• 代理人: 陳大通

一、技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種金屬基復(fù)合材料的制備工藝及設(shè)備，特別是涉及一種鋁基復(fù)合材料的制備工藝及其專用設(shè)備。

二、背景技術(shù)：

金屬基復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度、比模量與比剛度，良好的高溫性能與耐磨性、尺寸穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)小并可調(diào)整等一系列性能優(yōu)勢(shì)。目前這種材料特別是其中的鋁基復(fù)合材料已經(jīng)在航空航天、軍工、能源、汽車等工業(yè)方面得到應(yīng)用。從發(fā)展趨勢(shì)來看，這種材料的應(yīng)用范圍會(huì)隨著其制備技術(shù)的不斷成熟與成本的不斷下降從以高科技領(lǐng)域應(yīng)用為主向普通工業(yè)與民用方向轉(zhuǎn)化。

事實(shí)上，限制鋁基復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的主要原因是該材料的制備技術(shù)難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要，因此材料制備的技術(shù)的發(fā)展與突破是解決這一問題的關(guān)鍵。目前制備的方法包括擠壓鑄造法、粉末冶金法和液態(tài)攪拌法等，從這些制造方法上分析，擠壓鑄造法對(duì)增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)控制比較困難，而且工藝過程比較復(fù)雜，難以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需要，普通的粉末冶金法由于是在固態(tài)下成型，產(chǎn)品的形狀受到一定的限制，而且也不利于大規(guī)模生產(chǎn)，液態(tài)攪拌法所面臨的主要困難則是增強(qiáng)相分布均勻性的問題。而金屬基復(fù)合材料的性能在很大程度上取決于其中的增強(qiáng)相在基體中的分布情況，只有當(dāng)增強(qiáng)相在基體中均勻分布時(shí)才能起到最佳的增強(qiáng)效果。從這個(gè)意義上講，在材料制備技術(shù)方面的突破使其能夠滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要，是使這種材料獲得進(jìn)一步應(yīng)用的前提，因而具有十分重要的意義。

目前，對(duì)于SiC顆粒增強(qiáng)鑄造鋁基復(fù)合材料的制備工藝設(shè)備主要是采用以下兩種工藝：第一種工藝，通過保護(hù)氣體將SiC顆粒吹入混合池底部，在攪拌裝置的作用下，SiC顆粒與鋁基母材結(jié)合在一起。該工藝的缺點(diǎn)是隨著保護(hù)氣體的上升，小氣泡黏附在SiC顆粒上，上浮至液面，形成一定量的浮渣，并且降低了SiC顆粒在復(fù)合材料中的含量。另外，在機(jī)械攪拌的過程中，SiC顆粒與鋁基母材不完全接觸，導(dǎo)致SiC顆粒分布不均勻，直接影響復(fù)合材料的機(jī)械性能。第二種工藝，采用在真空條件下進(jìn)行加料和鑄造，相對(duì)來說成本比較高，適合小批量生產(chǎn)，無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。以上兩種工藝有一個(gè)共同特點(diǎn)，都是采用以精練鋁基母材為熔體，鋁錠的熔化和混合過程分別在獨(dú)立的設(shè)備中進(jìn)行。因此，生產(chǎn)成本相應(yīng)提高。

復(fù)合材料制備水平的高低直接影響到復(fù)合材料性能的好壞和復(fù)合材料成本的高低。增強(qiáng)體顆粒加入到鋁合金后可引起基體合金微觀結(jié)構(gòu)的變化，同時(shí)使合金的性能發(fā)生改變。鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能視制備工藝、增強(qiáng)體種類、尺寸和體積分?jǐn)?shù)、基體合金及熱處理的工藝不同而存在一定差異。因此，研制或選用新的低成本增強(qiáng)材料、研制低成本的制造工藝，是降低價(jià)格、推廣開發(fā)金屬基復(fù)合材料工程應(yīng)用的有效途徑。

公開號(hào)為CN1932053A的發(fā)明專利，公開了一種鋁基復(fù)合材料的工業(yè)化制備工藝，該方法將鋁粉和碳化硅顆粒料直接混合，再經(jīng)加熱澆鑄得到產(chǎn)品。和本發(fā)明相比，該工藝生產(chǎn)過程中熔化的金屬易被氧化，而且碳化硅顆粒料在其中的分布不均勻，直接影響材料的性能和質(zhì)量。

三、發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供了一種碳化硅顆粒料分布均勻、生產(chǎn)成本低的新型顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，還提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、減少中間環(huán)節(jié)、生產(chǎn)效率高的生產(chǎn)該鋁基復(fù)合材料的專用設(shè)備。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明的新型顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括熔化和混合過程，制備過程在保護(hù)氣體的環(huán)境下進(jìn)行，熔化和混合過程在密閉的連體的設(shè)備中進(jìn)行，具體步驟如下，

(1)將鋁基體合金由熔化池的加料口加入，其占原料總體積的70～90％，在熔化池中將鋁基體合金熔化，熔化池溫度控制在高于鋁基體金屬熔點(diǎn)50℃，并保持此溫度恒定，

(2)打開熔化池底部的閥門，熔化的液態(tài)鋁基體合金直接流入混合池，當(dāng)混合池液位達(dá)到規(guī)定高度后關(guān)閉所述的閥門，

(3)從混合池頂部的加料口加入平均粒度為5～14μm的經(jīng)預(yù)處理的SiC，加料時(shí)采用鋁殼為包裹材料的加料棒，加入的SiC體積占原料總體積的10～30％，隨著加料棒鋁殼的熔化SiC熔入鋁基體合金中，再攪拌0.5～1h，攪拌速度為600～1000r/min，使SiC顆粒均勻分布于熔化的鋁基體合金中，

(4)然后通過出料泵將料送至模具中，直接制成坯料或澆鑄成產(chǎn)品。

所述的鋁基體合金牌號(hào)采用6061基體合金，其化學(xué)成分為Al-1Mg-0.6Si，也可采用其他鋁合金，如2A12。高含量的合金具有較低的液相線，這樣就降低了復(fù)合過程中鋁與碳之間的反應(yīng)動(dòng)力，避免界面反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)力學(xué)性能的損害。