[發(fā)明專利]一種鋁基復(fù)合材料的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410719065.1
• 申請(qǐng)日: 2014-12-01
• 公開（公告）號(hào): CN104357691A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳名海;楊銳;李清文;徐文雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州阿羅米科技有限公司
• 主分類號(hào): C22C1/02
• 分類號(hào): C22C1/02;C22C1/10;C22C21/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 蔣家華;王鵬翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋁基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有輕質(zhì)、強(qiáng)度硬度高、熱膨脹系數(shù)低、耐磨耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于航空航天、軍工、電子封裝、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，是世界各國(guó)競(jìng)相開發(fā)的順應(yīng)輕量化發(fā)展趨勢(shì)的高性能復(fù)合材料。目前，碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的主要制備工藝有攪拌鑄造法、粉末冶金法、熔融浸滲法、噴射沉積法等，其中攪拌鑄造法具有工序簡(jiǎn)易、成本低廉、生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢(shì)，已成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。但是，運(yùn)用攪拌鑄造法制備仍存在幾個(gè)主要難題。首先，陶瓷顆粒與鋁合金基體的潤(rùn)濕性很差，導(dǎo)致兩者界面結(jié)合不理想；其次，兩者比重相差較大，顆粒在熔融鋁液中易產(chǎn)生偏析和團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致材料形成缺陷；除此之外，在最后澆鑄時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些鑄造缺陷。于是，最終材料的性能受到了極其不利的影響。如何改善增強(qiáng)體和基體間潤(rùn)濕性、加強(qiáng)界面結(jié)合以及減少或消除材料缺陷，成為當(dāng)前急需解決的問題。

目前，在改善潤(rùn)濕性方面，有不少研究集中在顆粒改性上，即采用化學(xué)鍍、CVD、PVD等工藝在增強(qiáng)體表面涂覆Cu、Ni、Ni-P等金屬層或者采用球磨法將顆粒與鋁粉(鋁粉、鎂粉)混合，通過添加復(fù)合粉體來代替未處理的顆粒。公開號(hào)為CN101709415A和CN102747246A的兩篇發(fā)明專利也對(duì)這方面進(jìn)行了介紹。雖然顆粒改性方法有效地提高了潤(rùn)濕性和材料性能，但考慮到原料成本且批量復(fù)合粉體制備時(shí)間較長(zhǎng)，不利于最終復(fù)合材料的快速生產(chǎn)。另外，還有研究集中在攪拌復(fù)合工藝的優(yōu)化上，公開號(hào)為CN102154573A的發(fā)明專利介紹了真空氣氛攪拌，但它并未從實(shí)質(zhì)上改善碳化硅顆粒和鋁合金基體的界面性能。很多文獻(xiàn)報(bào)道了攪拌參數(shù)的優(yōu)化，例如復(fù)合溫度、保溫溫度、攪拌時(shí)間、攪拌速度等，但由于影響因素較多優(yōu)化過程較為繁雜，最終難以得出較為精確的結(jié)論。相比之下，對(duì)減小或消除材料缺陷方面的研究鮮有報(bào)道。故而，尋求一種成本低廉、簡(jiǎn)易高效的制備工藝方法來同時(shí)解決潤(rùn)濕性和材料缺陷問題，繼而獲得性能更好的產(chǎn)品，是展示顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重要瓶頸環(huán)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明在于提供一種鋁基復(fù)合材料的制備方法，使得到的鋁基復(fù)合材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能，尺寸精度高，并且工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明在攪拌鑄造階段采用鈦改性以細(xì)化鋁合金基體晶粒、改善SiC顆粒與鋁合金基體的界面潤(rùn)濕性，并通過熱擠壓成型工藝以加強(qiáng)SiC顆粒與鋁合金基體的界面結(jié)合、減小消除局部材料缺陷，最終制備出成本低廉、尺寸精度高、具有優(yōu)良力學(xué)性能的目標(biāo)產(chǎn)物。

一種鋁基復(fù)合材料的制備方法，具體包括以下步驟：

1)?將純鋁或鋁合金熔化，攪拌下加入含鈦添加劑，獲得復(fù)合鋁合金熔體A；復(fù)合鋁合金熔體A中鈦的添加量為0.01~5wt%；

2)?將復(fù)合鋁合金熔體A經(jīng)除氣除渣處理后，迅速降溫至半固態(tài)，攪拌下將預(yù)熱過的經(jīng)高溫氧化處理的SiC粉體添加到復(fù)合鋁合金熔體A中，獲得復(fù)合鋁合金熔體B；其中SiC粉體的用量為復(fù)合鋁合金熔體B的0.1~10wt%；

3)?將復(fù)合鋁合金熔體B?升溫至過熱液態(tài)，攪拌得混合均勻復(fù)合鋁合金熔體B；

4）將混合均勻復(fù)合鋁合金熔體B澆鑄到預(yù)熱過的金屬模具中，脫模得到鑄態(tài)產(chǎn)品；

5）將預(yù)熱過的鑄態(tài)產(chǎn)品置于模具中，通過熱擠壓工藝制得致密的成型產(chǎn)品。

其中所述的步驟1)中所述含鈦添加劑為純鈦、含鈦無機(jī)鹽或鋁鈦中間合金的任意一種或者兩種以上任意比例的組合。

所述鋁合金選自Al-Si、Al-Mg、Al-Cu?Al-Zn?或Al-Cu-Mg系鋁合金中的任意一種。

為了更好將含鈦添加劑分散至鋁合金中，將鋁合金熔化后加熱至640-800℃后，再在攪拌下加入含鈦添加劑。

步驟2)的具體過程是將復(fù)合鋁合金熔體A降溫至600~650℃，在100~500?rpm攪拌速度下加入預(yù)熱過的經(jīng)高溫氧化處理的SiC粉體，攪拌20~40min獲得復(fù)合鋁合金熔體B。

步驟2）中高溫氧化處理SiC粉體溫度為900~1400℃、時(shí)間為1~5h，經(jīng)高溫氧化處理的SiC粉體添加到復(fù)合鋁合金熔體A前預(yù)熱溫度為200~400℃。

步驟3)的具體過程是將復(fù)合鋁合金熔體B升溫至700~850℃，在300~600?rpm攪拌速度下攪拌20~40min得混合均勻復(fù)合鋁合金熔體B。

步驟4)的中所述金屬模具的預(yù)熱溫度和時(shí)間為200~400℃、20~30min。在這種預(yù)熱條件下，有利于成型和材料的致密化。