[發(fā)明專利]短纖維/SiCp增強(qiáng)泡沫鋁基軸瓦的半固態(tài)制備工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410659570.1
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104475697A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙升噸;王永飛;張晨陽;韓曉蘭;趙永強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B22D17/00
• 分類號: B22D17/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多孔泡沫金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及短纖維/SiC_P增強(qiáng)泡沫鋁基軸瓦的半固態(tài)制備工藝。

背景技術(shù)

軸瓦作為汽車發(fā)動機(jī)的重要零件之一,其性能的優(yōu)劣直接影響著發(fā)動機(jī)的速度、承載能力、工作可靠性和使用壽命。早期的軸瓦材料以巴士合金為主，但是由于承載能力太差、疲勞強(qiáng)度較低，且隨著工作溫度升高機(jī)械強(qiáng)度急劇下降，巴氏合金已不能滿足汽車發(fā)動機(jī)的要求。現(xiàn)階段汽車發(fā)動機(jī)軸瓦主要采用銅基和鋁基合金兩類軸瓦材料生產(chǎn)制造，其中，鋁基合金軸瓦材料因具有良好的導(dǎo)熱性、耐磨性、抗咬合性、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，且比重較輕而被人們寄予厚望，但是其強(qiáng)度偏低，成為一個很嚴(yán)重的缺陷，此外，鋁基軸瓦的潤滑性能也是一個需要考慮的問題。

泡沫鋁是一種在鋁基體中均勻分布著大量連通或不連通的孔洞的新型輕質(zhì)多功能材料，它兼有連續(xù)金屬相和分散空氣相的特點。陶瓷顆粒(如SiC、SiO₂、TiB₂、AL₂O₃等)增強(qiáng)泡沫鋁基復(fù)合材料是近幾年發(fā)展起來的一種新型泡沫金屬材料，它在保持泡沫鋁良好的功能特性(如超輕性、吸音性、耐燃性、吸收能量性、電磁波屏蔽性及環(huán)保性)的基礎(chǔ)上，加入高強(qiáng)度、高硬度的陶瓷顆粒作為泡沫鋁的增強(qiáng)體，從而提高材料的剛度、屈服強(qiáng)度以及抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能。

目前，制備陶瓷顆粒增強(qiáng)泡沫鋁基復(fù)合材料的常規(guī)方法是熔體發(fā)泡法，其使用最普遍的陶瓷顆粒和發(fā)泡劑分別為SiC顆粒和TiH₂，制備SiC顆粒增強(qiáng)泡沫鋁基復(fù)合材料的工藝流程為：首先將鋁錠熔化，然后將經(jīng)過熱處理的SiC顆粒加入鋁熔體并高速攪拌均勻，隨后加入預(yù)處理過的發(fā)泡劑TiH₂，高速攪拌均勻后，保溫一段時間，發(fā)泡劑TiH₂在高溫下分解產(chǎn)生氣體，則氣體滯留在熔體內(nèi)冷卻凝固后即產(chǎn)生大量孔洞。

SiC顆粒增強(qiáng)泡沫鋁基復(fù)合材料中均勻分布的氣孔使金屬發(fā)泡成為所需的結(jié)構(gòu)和形狀，同時均勻分布的SiC顆粒起到強(qiáng)化作用，但是存在韌性相對較差的缺點，此外，現(xiàn)有的SiC顆粒增強(qiáng)泡沫鋁基復(fù)合材料的熔體發(fā)泡法存在的主要缺陷為：①制備過程中的攪拌方法大多是采用機(jī)械攪拌，通過攪拌槳的旋轉(zhuǎn)帶動鋁合金熔體的高速旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到分散增粘劑、SiC顆粒以及發(fā)泡劑的目的，該方法雖然簡單易行，但是整個攪拌過程不僅將鋁液暴露于空氣中浪費(fèi)了熱能，而且攪拌槳很容易在高溫鋁合金熔體中被腐蝕，需要經(jīng)常更換攪拌槳從而造成生產(chǎn)的高成本和低效率；②會產(chǎn)生氣泡分布不均勻且局部氣泡尺寸過大，操作較難控制，且SiC顆粒的均勻分布也較難保證；③發(fā)泡劑TiH₂的初始分解溫度(400℃)低，高溫?zé)岱纸馑俣瓤欤沟脷馀菰诮饘偃垠w中的分布和長大難于控制，往往需要進(jìn)行氧化或包覆處理，增加了制備工藝的復(fù)雜性，提高了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供短纖維/SiC_P增強(qiáng)泡沫鋁基軸瓦的半固態(tài)制備工藝，從而制備出具有質(zhì)量輕、抗震性能好、低摩擦、高韌性、高致密度、便于潤滑的半固態(tài)泡沫鋁基軸瓦。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案：

短纖維/SiC_P增強(qiáng)泡沫鋁基軸瓦的半固態(tài)制備工藝，包括以下步驟：

1)準(zhǔn)備階段，該階段完成制備短纖維/SiC_P增強(qiáng)泡沫鋁基的低摩擦軸瓦的初始準(zhǔn)備工作，具體為：

1.1)將準(zhǔn)備好的納米顆粒狀TiH₂發(fā)泡劑、微米顆粒狀SiC顆粒以及短纖維添加到微米顆粒狀鋁基體材料內(nèi)，均勻混合后制成混合材料，其中，納米顆粒狀TiH₂發(fā)泡劑的粒度大小為50～100nm，添加量為混合材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1％～5％，微米顆粒狀SiC顆粒的粒度大小為50～100um，添加量為混合材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的5％～15％，短纖維的直徑為1～3um，長度為7～10um，添加量為混合材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的15％～20％，微米顆粒狀鋁基體材料的顆粒大小為50～100um；

1.2)給用于對步驟1.1)中得到的混合材料進(jìn)行半固態(tài)等溫處理的模具型腔內(nèi)壁涂抹隔離劑，以促使最終制備的半固態(tài)的短纖維/SiC_P增強(qiáng)泡沫鋁基軸瓦容易脫模；

2)制備階段，該階段完成制備具有半固態(tài)特性的短纖維/SiC_P增強(qiáng)泡沫鋁基軸瓦，具體為：

2.1)將步驟1.1)得到的混合材料倒入制備軸瓦用的半固態(tài)等溫處理裝置的模具型腔內(nèi)并均勻壓實；