[發明專利]顆粒增強鋁基坯錠成型及脫氣處理的方法

有效

• 申請號: 201310535093.3
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN104611597A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 左濤;魏少華;聶俊輝;劉彥強;馬自力;樊建中
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉徐紅

技術領域

本發明涉及一種顆粒增強鋁基坯錠成型及脫氣處理的方法，具體為一種利用真空熱壓爐進行粉末冶金顆粒增強鋁基復合材料坯錠成型及真空脫氣處理的工藝。

背景技術

顆粒增強鋁基復合材料與其他輕質材料如鋁、鎂合金等相比，一般的具有高比強度、高比剛度、耐疲勞、低膨脹系數等突出優點，特別有益的是，還具有一定的材料性能可設計性。國內經過近十幾年的研發，已經在航空航天、軍事工業等領域獲得應用突破，其未來具有十分廣闊的發展前景。

目前，顆粒增強鋁基復合材料主要的制備方法有：粉末冶金法、攪拌熔鑄法、快冷沉積法、壓力鑄造法等。其中，粉末冶金法因具有易于設計增強體種類、粒度、含量及分布，易于控制基體與增強相間界面結合狀況，材料性能重現性好等優勢，成為重點發展的制備技術路線。面向未來規模化應用，粉末冶金法如何縮短生產流程、提高生產效率是應用研究的重點之一。

粉末冶金制備材料的一般生產流程為：原料粉末預處理—粉末混合—壓力成坯—真空除氣—熱等靜壓成型—后續熱機加工。本發明關注的對象為壓力成坯及真空除氣流程。壓力成坯即是將混合粉末裝入剛性模具或柔性包套，在壓力機或冷等靜壓機上受壓成初始坯錠；而真空除氣就是將初始坯錠裝入帶有抽氣管的密封包套，在一定溫度下達到相應真空度并保溫一段時間后，再封死抽氣管的工藝過程。現有流程涉及壓力機和脫氣爐2套大型設備，其相關子工藝如修模、脫模、整形、轉運等也較為繁瑣。當處理單錠重量幾百公斤以上級的較大坯錠或較多坯錠時，生產周期較長，生產組織協調十分不便。特別是真空除氣工藝，因受限于抽氣管管徑（現有工藝中一般不大于10mm，若管徑過大將影響封死抽氣管的可靠性）真空機組不能發揮最大抽率，生產效率十分低下。

發明內容

在粉末冶金制備材料的生產流程中，本發明關注的對象為壓力成坯及真空除氣流程，本發明的目的是利用真空熱壓爐實現一種顆粒增強鋁基復合材料壓力成坯及真空脫氣的短流程、高效率工藝。

一種顆粒增強鋁基坯錠成型及脫氣處理的方法，該方法包括如下步驟：

（1）將混合處理后的鋁基復合材料的復合粉末裝入包套中，經振動或搗實工藝，使其初裝密度至理論密度50%-60%之間；

（2）將包套送入真空熱壓爐內的鋼制支撐模具中固定；

（3）通過連接塊和壓力傳遞環及固定環，在液壓壓頭上安裝固定包套上蓋，調整壓頭位置，使包套上蓋底面與復合粉末正好接觸；

（4）真空熱壓爐抽真空至1-9×10^-2Pa，加熱至550-600℃保溫3-5小時，期間真空度保持在1-9×10^-2Pa；

（5）加壓，使液壓壓頭下行距離等于相應粉體70%-75%相對密度的理論壓下量，壓力為5-10MPa；

（6）保溫保壓3-5小時；

（7）降溫至150-200℃，出爐，在包套上蓋與包套接縫處填絲焊接。

所述的包套和包套上蓋均由純鋁或低合金元素鋁合金制成，如1007、6061等鋁合金。

步驟（1）中，所述的包套的外形尺寸由工藝要求坯錠大小決定，一般通過焊接制成；其端部焊接有純鋁或低合金元素鋁合金，如1007、6061等鋁合金制密封包套法蘭，法蘭最外沿有密封梯臺向上凸起，間隔3mm還有另一個密封梯臺向上凸起（共兩環同樣梯臺）。所述的密封梯臺凸起的高為5-10mm，頂寬為3mm，斜邊角度為3-5度。裝粉后，密封法蘭及凸臺均應使用物理或化學方法進行表面清潔處理。

步驟（2）中，所述的鋼制支撐模具內徑等于包套外徑，壁厚等于大于包套法蘭寬度，確保發揮支撐作用。

步驟（3）中，所述的壓力傳遞環為鋼制圓環，圓環通過6-12根的鋼制壓力傳遞輻條與液壓壓頭上的固定環相連。

步驟（3）中，所述的包套上蓋，其底面直徑略小于包套內徑，其上端開口最大直徑等于包套內徑，其高度由工藝要求壓下量加上法蘭厚度決定。其端部焊有與包套類似的密封法蘭及梯臺。即包套上蓋的端部焊接有純鋁或低合金元素鋁合金（如1007、6061等）制的密封上蓋法蘭，距法蘭外沿3毫米處有密封梯臺向下凸起，密封梯臺向下凸起的高為5-10mm，頂寬為3mm，斜邊角度為3-5度；密封梯臺內側（其后）為倒梯形的密封凹槽，梯形凹槽尺寸使包套法蘭上的密封梯臺正好嵌入，具體示意見附圖2。同包套一樣，包套上蓋的密封法蘭及密封梯臺均應使用物理或化學方法進行表面清潔處理。