[發明專利]一步制備金屬基輕質復合材料的方法

有效

• 申請號: 201510036143.2
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104588617B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 胡正飛;張振;蔡振武;何大海;蔣凱雁
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B22D18/06
• 分類號: B22D18/06;B22D19/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王加貴

本發明涉及一步制備金屬基輕質復合材料的方法。它是利用保壓滲流和真空吸鑄方法，在負壓力的作用下使金屬液透過多孔陶瓷或石墨板浸入空心球的間隙中，待金屬液體完全浸滲之后冷卻，最后脫模取出，得到含有封閉泡孔的泡沫金屬基復合材料，該空心球體為Al₂O₃空心球、SiC空心球、C空心球或玻化微珠中兩種及兩種以上不同或相同尺寸的混合空心球。用本發明制備的金屬基復合材料孔隙率可達到60％以上而顯著降低密度的同時，壓縮強度與同類產品相比可提高20?50％，從而實現高強、輕質，具備阻尼減震、隔音降噪、能量吸收等多種功能性，工藝簡單、工序少，對空心球顆粒種類及尺寸適應范圍廣，對基體金屬幾乎無選擇，可制備不同密度的泡沫金屬產品。

技術領域

本發明涉及一步制備金屬基輕質復合材料的方法。具體是利用一種或一種以上不同尺寸的封閉空心球體填料，制備泡沫結構金屬基復合材料的方法，所用空心球無需在模具中制備預制體，而是一步制備金屬基輕質復合材料。采用此種方法制備的材料不僅具有優良的壓縮性能，同時也可顯著降低材料密度，從而達到輕量化目的。

背景技術

金屬基復合材料是以金屬或合金為基體，并以纖維、晶須、顆粒等為增強體的復合材料，其在力學性能方面為橫向及剪切強度較高、韌性及疲勞等綜合性能較好，同時還具有導熱、導電、耐磨、熱膨脹系數小、阻尼性好、不吸濕、不老化和無污染等優點，但也具有造價高、密度大、制備工藝復雜等缺點。例如纖維、晶須等增強體的價格昂貴，制備工藝復雜，導致這類金屬基復合材料的應用受到限制，而作為增強體的顆粒增強體價格相對低廉，基體合金可選擇的范圍寬，并能夠采用傳統工藝方法制備和二次加工，易于實現批量和大規模生產，具有很好的經濟效益。近年來，高強輕質合金材料在航空、航天、汽車、建材等領域的應用越來越廣泛，在不顯著影響壓縮性能的情況下降低金屬基復合材料的密度是合金材料輕量化的主要途徑。泡沫金屬材料是材料輕量化的主要方向，按孔洞的結構分為通孔和閉孔兩類，其中閉孔泡沫金屬材料具有更好的強度，因其兼具結構材料和功能材料特性而具有廣泛用途。

以空心球體填充的金屬基復合材料具有輕質、高強度以及良好的緩沖吸能效果等特性。為降低密度的填充體有Al₂O₃空心球、SiC空心球、SiO₂空心球、C空心球、玻璃微珠、粉灰或其混合空心球。基體主要是鋁合金，也有鎂基、鐵基、銅基、鈦基、鉛基等。根據復合材料的密度控制和空心球可溶入量，復合材料中的空心球體積分數可以達到40％-60％。

經檢索發現生產金屬基空心球復合材料的方法主要有以下幾種：一種是中國專利CN103614586介紹的壓力滲流鑄造法，其借助外界壓力使金屬熔體滲流進入空心球間隙，但這種方法無法控制滲流進程、補縮能力差，同時由于壓力作用造成鋁基體密度增大；一種是粉末冶金法，將基體金屬粉末、粘合劑和空心微球均勻攪拌，在一定壓力下壓制燒結成型，但該工藝過程復雜，空心球強度要求高且受粒徑限制；一種是中國專利CN1174895A介紹的攪拌法，其利用鋁及其合金為基體，以火電廠廢料飛灰作為添加料的鋁基復合材料，但這種方法采用機械攪拌裝置致使添加料的分布不均勻，使用的飛灰粒徑較小且與基體的潤濕性較差，這都影響了所制復合材料的性能；還有一種方法是CN102601342A介紹的真空反重力滲流法，其通過抽真空使鑄造室形成負壓，金屬熔體經導流部件進入空心球預制體中冷卻，但此方法是以空心球預制體為骨架，金屬液作為填料，從而造成壓縮性能的降低，且工藝過程復雜。因此，在不影響復合材料壓縮性能的前提下尋找降低金屬基復合材料密度的方法，形成適用于多種合金的低成本制備方法成為急需解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種泡沫金屬基復合材料的制造方法，它解決了一般空心球金屬基復合材料成本高、密度大、制備工藝復雜的問題。用這種方法在降低金屬基復合材料密度的同時，可避免其壓縮性能的降低。