[發明專利]一種原位金屬間化合物顆粒增強鋁基復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201110395296.8
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN102400001A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 王洪濤;紀崗昌;陳梟;董增祥;白小波
• 申請（專利權）人: 九江學院
• 主分類號: C22C1/00
• 分類號: C22C1/00;C22C1/04;C22C21/00;C23C24/04;C23C10/28
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明屬于金屬基復合材料和制造技術領域，特別是提供了一種原位金屬間化合物顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法，是冷噴涂成形技術與熱處理復合工藝制備原位金屬間化合物顆粒增強鋁基復合材料。

背景技術

鋁基復合材料具有質量輕、比強度高、熱穩定性和導電導熱性優異、低的熱膨脹系數以及良好的耐磨性等一系列優點，在國防、航空航天、汽車、電子、交通運輸、民用機械等領域具有廣闊的應用背景。而顆粒增強鋁基復合材料因其具有增強體成本低、材料性能各向同性、制備工藝及設備要求較低，便于批量生產等優點，具有廣闊工業生產前景。目前，鋁基復合材料的增強顆粒以陶瓷類（如氧化物、氮化物、碳化物等）顆粒為主，如SiC、A1₂O₃、A1N、B₄C等，其優點是密度低、硬度高。但陶瓷顆粒增強鋁基復合材料存在陶瓷顆粒增強體與鋁基體之間浸潤性差、界面結合不良以及顆粒在基體中分布不均等問題，從而影響了鋁基復合材料的綜合力學性能的發揮。

金屬間化合物是一種高溫結構材料，彈性模量、熔點和高溫強度非常高。它既具有金屬的性質，如金屬光澤、導電性、導熱性等，又具有一定陶瓷的性質，如較高的比強度和比剛度，以及介于合金和陶瓷之間高的使用溫度和熱膨脹系數，這些特點使其成為鋁合金等輕金屬材料有效的增強相。此外，金屬間化合物相對于陶瓷具有良好的可塑性，因而在提高基體合金強度的同時，不會降低其塑性，而原位自生金屬間化合物顆粒更是與基體合金的晶體結構匹配性好，界面結合強度高。以上所述為原位金屬間化合物顆粒增強鋁基復合材料具有良好的綜合性能提供了基礎。目前，原位金屬間化合物顆粒增強鋁基復合材料制備方法主要是攪拌鑄造、液態金屬浸滲、擠壓鑄造等液態法，其過程主要是通過將純金屬粉末加入鋁熔體中與鋁反應生成Al-M系金屬間化合分散相，從而增強鋁基復合材料。但此類方法制備工藝及設備復雜，生產周期長，成本較高，生產過程中易于出現鑄造缺陷（氣體和夾雜），而且溫度選擇不當易造成偏析。因此，提出一種工藝簡單、快捷，成本低廉的原位金屬間化合物顆粒增強鋁基復合材料的制備技術很有必要。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種工藝簡單、可靠，且易于推廣應用的原位金屬間化合物顆粒增強鋁基復合材料的制備方法。本發明提出的方法有利于控制金屬間化合物顆粒的尺寸、體積分數和分布狀態，所制備的鋁基復合材料均勻無缺陷，且工藝簡單、成本低廉、可再生利用，特別適合工業化推廣應用。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種原位金屬間化合物顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，按以下步驟進行：

將金屬粉末M和Al粉，按75～25at.%的M和25～75at.%的Al進行配比（at.為原子百分比），然后在惰性氣氛、低溫或真空下進行機械合金化制備M(Al)固溶體合金粉末；

將上述M(Al)固溶體合金粉末進行分篩，獲得不同粒徑粉末；

將不同粒徑M(Al)固溶體合金粉末與Al或Al合金粉按5～60vol.%的M(Al)和95～40vol.%的Al及其合金配比在球磨混料機中混合均勻；

在平板狀或棒狀基體表面進行噴砂粗化處理；

采用冷噴涂在上述基體上噴涂步驟(3)準備的粉末，送粉量50～100g/min，涂覆層厚度300μm～50mm；

對步驟(5)獲得的涂覆層在真空或惰性氣體環境下進行熱處理，溫度450～650℃，時間1～8小時，獲得原位M-Al金屬間化合物顆粒增強鋁基復合材料。

基體需要剝離時，應將基體在步驟(6)的熱處理之前進行剝離。

本發明的其他特點是：

所述的原位金屬間化合物顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法，由增強體和基體合金組成，所述的基體合金是鋁及鋁合金，所述增強體為原位自生的金屬間化合物顆粒，其占總體積5～60%，其余為基體合金。

所述的原位金屬間化合物顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法，金屬粉末M可以是Fe、Ti、Ni、Cu、Co等金屬中的一種或多種。

所述的原位金屬間化合物顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法，所述M-Al金屬間化合物顆粒增強體可以是MAl、M₃Al、M₂Al₅、MAl₃等金屬間化合物中的一種或幾種。

所述的原位金屬間化合物顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法，步驟(1)中的M(Al)為固溶體合金粉末；