[發明專利]鋁基復合材料和鋁基復合材料零件的成形方法及其成形裝置

有效

• 申請號: 200810243983.6
• 申請日: 2008-12-19
• 公開（公告）號: CN101440440A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發明（設計）人: 李小平
• 申請（專利權）人: 江蘇技術師范學院
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C1/05;B22F3/03;B22D17/00
• 代理公司: 常州市江海陽光專利代理有限責任公司
• 代理人: 翁堅剛

技術領域

本發明涉及一種金屬基復合材料的制備方法和裝置，具體涉及一種鋁基復合材料和鋁基復合材料零件的制備方法及其制備裝置。

背景技術

在金屬基復合材料中，鋁基復合材料由于具有高比強、高比模及高耐磨性等優良性能，可以廣泛用于航空、航天、汽車、軍工等領域而受到重視，對該類材料的研究研究和應用也越來越多。鋁基復合材料中的基體為鋁合金，第二相(也稱增強相)為碳化物或金屬氧化物粒子。

制備鋁基復合材料的方法多種多樣，根據基體材料與增強顆粒復合時的狀態，可以將其簡單地分為三類。一類是液態的鑄造方法，第二類是固態的粉末冶金方法第三類是介于液態和固態之間的噴射共沉積方法。其中采用鑄造法制備鋁基復合材料時容易產生增強相偏聚、基體與增強相之間發生有害的界面反應、組織粗大、成分不均勻、易吸入氣體和雜質等缺點，而且增強相體積分數較低，這些缺點導致材料的力學性能降低。采用粉末冶金法能較好地避免鑄造法中的一些缺陷，如體積分數可控，組織細小、成分均勻等，但粉末冶金工藝過程復雜，容易污染，材料尺寸小，生產周期長，生產效率低，這些使其廣泛應用受到一定的限制。采用噴射沉積法制備金屬基復合材料時工藝復雜、設備要求高，投入大，成本高。

中國專利文獻CN100389213C(申請號200510044707.3)提供了一種采用合金粉末和增強顆?；旌虾蠹訜崛刍M行鑄造的方法制備鋁基復合材料，這種方法在成形時基體材料為液態，屬于液態的鑄造工藝，在加熱時，由于粉末中存在大量的氣體，容易導致合金粉末的氧化，同時由于加熱的溫度較高極有可能使基體合金和增強的第二相顆粒之間發生反應，導致脆性界面的產生，降低復合材料的性能。

發明內容

本發明的目的在于克服上述問題，提供一種工藝過程簡單、成本低、性能較好的鋁基復合材料和鋁基復合材料零件的成形方法及其成形裝置。

實現本發明其中一個目的的技術方案是：一種鋁基復合材料或鋁基復合材料零件的半固態成形方法，具有以下步驟：①將鋁合金粉末與增強相粉末混合均勻，得到混合粉末。②將步驟①得到的混合粉末加入到具有規則內腔的冷壓器具中進行冷壓，得到與冷壓器具的內腔形狀相對應的復合材料的坯體。③將步驟②得到的復合材料的坯體加入加熱裝置中進行加熱而成為半固態的固液混合物。④將步驟③得到的固液混合物注射填充到組合模具的型腔內，得到與型腔形狀相對應的鋁基復合材料或鋁基復合材料零件。

上述步驟①中，鋁合金粉末與增強相粉末的重量比為2∶1～19∶1。

上述步驟②中，通過控制料斗的閥門，將步驟①得到的混合粉末根據需要定量由料斗加入到作為冷壓器具的冷壓室中，冷壓時，啟動液壓泵，使推桿以280MPa～320MPa的壓力對混合粉末進行冷壓壓制，并保壓5min～20min，而得到圓柱形的復合材料的坯體；壓制時擋板處于阻擋位置。

上述步驟③中，通過將擋板由阻擋位置變換到開啟位置，而由推桿將步驟②得到的復合材料的坯體推入至作為加熱裝置的半固態加熱保溫室中，然后擋板回復到阻擋位置；通過線圈加熱的方法使復合材料的坯體被加熱到550℃～650℃的半固態溫度而成為固液混合物，然后保溫10min～30min。

上述步驟④中，使擋板由阻擋位置變換到開啟位置后，再次啟動液壓泵，而使推桿以180MPa～220MPa的壓力將步驟③得到的固液混合物通過導流錐口板以及半固態成形填充通道注射填充到組合模具的型腔內。

上述步驟①中所述的增強相粉末的化學成分為SiC、TiC或者Al₂O₃。增強相粉末是由所述的相應成分的塊狀或顆粒狀增強相物質通過機械球磨后過篩得到，粉末粒子的平均粒徑為10μm～80μm。

上述步驟①中所述的鋁合金粉末的成分為Al_aM_bN_c；其中M為Mg、Si、Cu、Zn中的至少一種；N為Mn、Ti、Ni、Fe、Cr中的一種或者兩種或者三種；a、b、c為重量份數，且a+b+c＝100，86≤a≤99，0≤b≤13，0≤c≤1，且b和c不同時為0，1≤≤14。鋁合金粉末是由霧化法制備的鋁合金粉末或者是由噴射成形法得到的過噴粉末，粉末粒子的平均粒徑為20μm～100μm。

上述步驟②中，冷壓時的環境溫度為0℃～50℃。

實現本發明另一個目的的技術方案是：一種鋁基復合材料或鋁基復合材料零件的成形裝置，包括料斗、冷壓室、推桿、液壓泵、擋板、半固態加熱保溫室、加熱線圈、導流錐口板和組合模具。所述的組合模具、導流錐口板、半固態加熱保溫室、擋板、冷壓室、推桿和液壓泵按照從左至右的順序依次設置。