[發(fā)明專利]一種顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810018200.4
• 申請(qǐng)日: 2008-05-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101285187A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李文亞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C24/04
• 分類號(hào): C23C24/04
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法，是采用冷噴涂成形技術(shù)與高能球磨技術(shù)復(fù)合工藝來(lái)制備顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。主要適用于高性能顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料涂層和塊體材料的制備。

背景技術(shù)

金屬基復(fù)合材料(Metal?Matrix?Composite：MMC)因其優(yōu)異的力學(xué)性能和良好的綜合性能而在近40多年被迅速研究與開(kāi)發(fā)，已經(jīng)在航空、航天、汽車、電子等領(lǐng)域得到大量應(yīng)用，主要用作結(jié)構(gòu)材料與功能材料。目前，MMC的主要制備方法有：(1)固態(tài)制造，包括粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法等；(2)液態(tài)制造，包括(真空或壓力)浸滲法、鑄造法、熱噴涂法等；(3)其他方法，包括原位自生成法、物理氣相沉積(PVD)法、化學(xué)氣相沉積(CVD)法、電鍍、化學(xué)鍍等。

顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料(PRMMC)因其制備工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單，設(shè)備要求較低，便于批量生產(chǎn)，成本較低等優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)主要的研究方向。但是由于其加工制備技術(shù)難度較大、成本較高，尤其當(dāng)增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)較高時(shí)，這一問(wèn)題更加明顯。由此影響該材料的實(shí)際應(yīng)用。

冷噴涂是近幾年發(fā)展起來(lái)的新型涂層制備技術(shù)，它主要通過(guò)低溫(＜600℃)、高速(300～1200m/s)的固態(tài)金屬粒子(粒度一般5-50μm)的碰撞變形實(shí)現(xiàn)涂層沉積。目前的一些研究報(bào)道表明，將冷噴涂可以用于MMC的制備。采用簡(jiǎn)單機(jī)械混合的粉末可以冷噴涂制備硬質(zhì)相分布比較均勻的MMC。但研究者的結(jié)果表明硬質(zhì)相的體積分?jǐn)?shù)很難增加，不管原始混合粉末中硬質(zhì)相含量多少，一般不超過(guò)30vol％。意味著大部分硬質(zhì)相顆粒沒(méi)有被沉積到涂層中。另一方面，所制備涂層中硬質(zhì)相與金屬基體相的界面結(jié)合也較差。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法，是一種能夠提高所制備MMC涂層中硬質(zhì)相體積含量、提高界面結(jié)合、提高所制備MMC性能的有效的、成本低廉的、操作簡(jiǎn)單的方法。

技術(shù)方案

本發(fā)明的基本思想是：將硬質(zhì)相粉末與金屬材料粉末進(jìn)行簡(jiǎn)單機(jī)械混合，得到混合粉末；然后采用高能球磨機(jī)球磨上述混合粉末；最后將所獲得球磨粉末分篩后，采用冷噴涂技術(shù)成形制備涂層或塊體材料(厚涂層)。

一種顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟如下：

1)選擇粒度范圍在5～250μm的金屬粉末和粒度范圍在5nm～100μm的硬質(zhì)相粉末，按照體積百分比1～80vol％進(jìn)行配粉，然后簡(jiǎn)單機(jī)械混合10～60min；

2)將上述混合粉末加入高能球磨機(jī)罐體內(nèi)進(jìn)行球磨；

3)將上述球磨后的粉末進(jìn)行分篩，分篩標(biāo)準(zhǔn)為：粒度小于200μm；

4)對(duì)基體表面進(jìn)行噴砂粗化預(yù)處理；

5)采用冷噴涂方法，將步驟3得到的球磨粉末噴涂在基體上，噴涂層厚度為：100μm～50mm，由此得到顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。

步驟2的球磨過(guò)程中無(wú)需專門保護(hù)氣氛。

所述的金屬粉末為Sn、Pb、Zn、Mg、Al、Ag，Ti、Cu、Fe、Ni、Co或Ta純金屬，以及Pb基合金、Al合金、Mg合金、Zn合金、Ti合金、Cu合金、Fe基合金、Ni基合金或Co基合金。

所述的硬質(zhì)相粉末為氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、硫化物陶瓷、磷化物陶瓷、金剛石、石墨、準(zhǔn)晶、非晶、金屬間化合物、W、Mo、Cr、Fe-Si或Fe-P。

所述的硬質(zhì)相粉末為長(zhǎng)度小于500μm的碳纖維、硼纖維、氧化鋁纖維、SiC纖維、W纖維或玻璃纖維。

所述的硬質(zhì)相粉末是納米顆粒團(tuán)聚成的尺寸在微米級(jí)的粉末顆粒；或是先經(jīng)過(guò)預(yù)球磨的細(xì)小硬質(zhì)相。

有益效果

本發(fā)明提出的顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法，采用高能球磨的方法制備噴涂粉末，一方面可以使硬質(zhì)相分布更加均勻，另一方面還可以通過(guò)球磨細(xì)化金屬基體晶粒，進(jìn)一步提高所制備MMC材料性能。本發(fā)明方法制備的顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料組織致密，性能優(yōu)異，即可制備涂層，也可實(shí)現(xiàn)零部件近凈成形。該方法工藝簡(jiǎn)單、可控性好、生產(chǎn)成本低廉、生產(chǎn)效率高，有助于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1：為實(shí)施本發(fā)明所涉及的原始粉末形貌SEM照片；其中(a)為Al5356合金粉末，粒度5-63μm，(b)為TiN粉末，粒度11-45μm；