[發明專利]一種多組元增強鋁基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201010144225.6
• 申請日: 2010-04-12
• 公開（公告）號: CN101787454A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 余申衛;張康虎;陳鵬波;張冉陽;何源;謝暉
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第十二研究所
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22B21/06
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種多組元增強鋁基復合材料的制備方法。

背景技術

顆粒增強鋁基復合材料因具有復合的結構特征和良好的理化及力學性能，己成為一種應用越來越廣泛的新型金屬功能材料。目前，在眾多制備技術中，液態金屬攪拌法由于所需設備簡單，制造方便，生產效率高，最適合工業化大批量低成本生產，是一種很有價值的生產方法。但針對碳化硅顆粒、石墨顆粒而言，二者與鋁合金的相容性差，比重相差懸殊，當加入到鋁合金熔體后，容易在熔體中團聚或聚集，造成顆粒分布不均勻，嚴重影響鋁基復合材料的性能。如何在保證鋁基體性能的前提下，控制多組元顆粒增強顆粒的分布以及多組元顆粒相與鋁基體的界面潤濕性等特征，以保證復合材料具有組織均勻、致密，顆粒細小、彌散，材料綜合性能優良等目標。解決該問題的最有效方法是采用熔體攪拌法，研究報道和工業上應用的攪拌法包括機械攪拌法、氣體攪拌法和電磁攪拌法。機械攪拌法是最簡單直接的方法，由于存在效率低，攪拌裝置污染金屬熔體并向熔體內部帶渣等缺點，不利于大規模連續化生產采用及提高產品質量。氣體攪拌法的不足主要是攪拌強度有限、攪拌不均勻以及噴吹氣體帶渣污染熔體等，也不利于提高產品質量。電磁攪拌實現無接觸攪拌，不破壞熔池的氧化膜及頂渣保護層，不會給熔體帶來污染，而且攪拌強度易于實現精確調控，在冶金與材料制備過程中應用越來越廣泛。目前，單一電磁場攪拌作用下制備金屬基復合材料己經有幾個專利技術，如專利：公開號為CN200810234979，公開日為2009.3.25，發明名稱為：一種組合電磁場下原位合成金屬基復合材料的方法，該專利提出來用旋轉磁場與行波磁場組合下合成制備顆粒增強金屬基復合材料熔體。該方法是在復合材料熔池的外側安置低頻旋轉磁場，磁場線圈中心與熔體中心在同一高度；在復合材料熔池的底部施加行波磁場，行波磁場線圈中心與復合材料熔池的中心在同一位置。如專利：公開號為CN200510038706，公開日為2005.9.14，發明名稱為：一種工業規模制備內生顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，該專利提出來用熔體反應法+電磁攪拌處理+半連鑄成型集成技術。該方法是將含有增強顆粒形成元素的化合物在某一溫度下加入到熔融的鋁或鋁合金中，同時施加電磁攪拌，使之充分反應，并使內生顆粒在熔體中分布較均勻，獲得的復合材料熔體，經半連鑄成棒材。專利：公開號為CN200710134020，公開日為2008.6.18，發明名稱為：異頻復合電磁場下連續鑄造顆粒增強金屬基復合材料的方法，提出在復合材料熔體制備過程中施加低頻交變磁場：頻率為5-50Hz，功率范圍為5-60kW，進行電磁攪拌。以上電磁場下制備顆粒增強復合材料都采用磁場攪拌，電磁場也起到明顯的作用效果，但隨著技術的發展及對復合材料性能、質量要求的提高，磁場攪拌下合成金屬基復合材料存在的問題逐漸凸現，特別是單一磁場下攪拌，顆粒相容易出現偏聚，形成局部密集或團簇狀分布，導致材料的組織性能出現不均勻性。分析該問題產生的原因如下：

由于顆粒增強相與基體金屬熔體在物理性能方面存在差異，所以含顆粒增強相的金屬熔體具有非均質非連續的特征，顆粒增強相與基體金屬在電磁特性方面的差異使兩者受到的電磁力不一致，而且由于顆粒相與基體金屬液在密度、潤濕性方面存在差異，顆粒相在金屬熔體內容易偏聚，例如，施加旋轉磁場攪拌時，若顆粒相的密度大于熔體的密度較多，顆粒相在旋轉離心力的作用下，向熔體外圍偏聚。施加行波磁場攪拌時，非磁性的顆粒相不受電磁力作用，在熔體上下攪拌過程中，由于顆粒相與熔體間的密度差異，顆粒相易于上浮或沉淀，增強相的收得率下降。因此，對含顆粒增強相的金屬熔體施加單一磁場的電磁攪拌也很難取得非常理想的效果。

為解決單一磁場攪拌下存在的上述問題，申請者提出了將高速小漩渦剪切攪拌和多向間歇式電磁攪拌有機的結合起來制備金屬基復合材料的新方法，使多組元增強顆粒相在基體熔體內得到更有效地結合并達到理想的均勻分布效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多組元增強鋁基復合材料的制備方法，解決了現有的方法制備得到的多組元增強鋁基復合材料組織性能不均勻的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種多組元增強鋁基復合材料的制備方法，具體按照以下步驟實施：