[發(fā)明專利]一種硅鋁復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611070949.4
• 申請(qǐng)日: 2016-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN106555068B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉建輝;羅驥;陳力;朱石磊;周玉煥;郭志猛;阮濤濤;韓未豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東堅(jiān)美鋁型材廠（集團(tuán)）有限公司
• 主分類號(hào): C22C1/04
• 分類號(hào): C22C1/04;C22C21/02;C22C21/14;C22C21/16;C22F1/043;C22F1/057
• 代理公司: 北京名華博信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11453
• 代理人: 李冬梅,苗源

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于粉末冶金工藝生產(chǎn)硅鋁復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種以粉末冶金方法制備硅鋁復(fù)合材料的技術(shù)。

背景技術(shù)

鋁合金具有比重輕、比強(qiáng)度高和良好的耐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，且地球上鋁資源含量豐富，因而顯示出廣闊的應(yīng)用前景。硅是鋁合金中用量最大的合金化元素，就鑄造鋁合金而言，鋁硅合金占有重要的地位，其用量占鋁合金鑄件總產(chǎn)量的80％以上，對(duì)鋁硅合金的研究也吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注。

硅鋁復(fù)合材料擁有更小的密度和更低的熱膨脹系數(shù)，也更耐蝕，同時(shí)還具有很好的耐磨性。基于以上的優(yōu)點(diǎn)，硅鋁復(fù)合材料可用于制造內(nèi)燃機(jī)活塞，顯著提高內(nèi)燃機(jī)的功率和速度，這順應(yīng)了目前內(nèi)燃機(jī)向高功率、高速度發(fā)展的趨勢(shì)，也更節(jié)省燃料，降低污染。目前國(guó)外己有硅鋁復(fù)合材料牌號(hào)，如美國(guó)A390、日本AC9A.AC8A等，己經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。日本的摩托車活塞已全部選用這種材質(zhì)的合金，并擴(kuò)大應(yīng)用于載重汽車，在小轎車上也有應(yīng)用。在澳大利亞，硅鋁復(fù)合材料A390已用作全鋁汽車汽缸的砂型和硬模鑄件。我國(guó)至今仍以共晶型硅鋁復(fù)合材料作為活塞主導(dǎo)材料。不過，部分企業(yè)也已將硅鋁復(fù)合材料投入應(yīng)用，但我國(guó)目前仍沒有自己的硅鋁復(fù)合材料牌號(hào)。

傳統(tǒng)的硅鋁復(fù)合材料生產(chǎn)方式為鑄造，在冷卻過程中，由于硅鋁復(fù)合材料的微觀組織中通常存在五瓣星形狀、板片狀、八面體和其它復(fù)雜形貌的初生硅，這些分布在該合金基體中的較粗大初生硅，嚴(yán)重地割裂了合金基體，在外力作用下，合金中的硅相尖端和棱角部位易引起局部應(yīng)力集中，從而明顯降低了合金的力學(xué)性能，尤其是影響其塑性、強(qiáng)度及耐磨性的提高，從而降低了合金的性能。另一方面，隨著硅含量的增加，合金結(jié)晶溫度范圍變寬、其鑄造加工性能變差，一味依靠傳統(tǒng)鑄造方法制備高硅鋁合金的性能不能滿足當(dāng)前對(duì)于高硅鋁合金應(yīng)用需求。因此要想提高硅鋁合金的性能，必須想辦法改善初生硅的形貌及尺寸。

為了改善初晶硅的大小及它在基體中的分布，研究者主要從變質(zhì)細(xì)化處理、改進(jìn)制備工藝這兩個(gè)方面來解決這一問題，目前主要的方法有變質(zhì)細(xì)化處理、半固態(tài)成形、噴射沉積等方法，但變質(zhì)細(xì)化處理由于大量變質(zhì)劑的加入不但增加了制備成本，還引入了雜質(zhì)，一定程度上降低了合金的性能，半固態(tài)成型因?yàn)樵O(shè)備復(fù)雜，生產(chǎn)成本高而難以普及，而噴射沉積技術(shù)又難以生產(chǎn)大尺寸的硅鋁復(fù)合材料。

粉末冶金作為一種新興的材料生產(chǎn)技術(shù)，可以細(xì)化晶粒、抑制初生硅晶粒的長(zhǎng)大，從而大幅度提高硅鋁復(fù)合材料的性能。其工藝流程如下：水霧化鋁硅合金粉—冷等靜壓—燒結(jié)—(必要時(shí)加工或整形)—擠壓—熱處理—后續(xù)處理—成品。但是因?yàn)殇X和硅的潤(rùn)濕性不好，利用傳統(tǒng)的粉末冶金工藝制備硅鋁復(fù)合材料時(shí)燒結(jié)過程進(jìn)行不完全，燒結(jié)致密度不高，從而大大影響最終成品的機(jī)械性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種硅鋁復(fù)合材料及其制備方法，結(jié)合粉末冶金工藝，利用粉末冶金所具有的晶粒細(xì)小，成分分布均勻，易于大規(guī)模生產(chǎn)的先天優(yōu)勢(shì)；結(jié)合鋁合金活化燒結(jié)技術(shù)并加入錫元素產(chǎn)生液相促進(jìn)硅鋁復(fù)合材料的燒結(jié)，最終提高粉末冶金方法制備硅鋁復(fù)合材料的性能。

本發(fā)明提供一種硅鋁復(fù)合材料，包括以下組分，各組分的重量表示如下：

其中，所述水霧化鋁硅合金粉中的硅含量為12.6％～30％。

其中，所述水霧化鋁硅合金粉粒徑為20～24um。

其中，包括以下組分，各組分的重量表示如下：

一種如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的硅鋁復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1S：將各組分按預(yù)定比例倒入器皿盤中攪拌，得到混合粉；

2S：將混合粉倒入混料機(jī)或滾動(dòng)球磨機(jī)中，加入不銹鋼球，球料比為3:1，混合10～20小時(shí)后取出，得到混合均勻的粉末；

3S：將混合均勻的粉末裝入包套中冷等靜壓，冷等靜壓的壓力為180～220Mpa，保壓時(shí)間5～10分鐘，制得壓坯；

4S：將壓坯從包套中取出，放入氣氛燒結(jié)爐中，控制氣氛燒結(jié)爐升溫至燒結(jié)溫度540℃～580℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行保溫；

5S：冷卻至300℃以下取出，得到燒結(jié)體，將燒結(jié)體去表皮，并加工成預(yù)定直徑40-180mm的燒結(jié)體棒材；

6S：將燒結(jié)體棒材放入擠壓機(jī)熱擠壓成型材，擠壓溫度為425℃～450℃，擠壓速度為5～10mm/s；

7S：將擠壓后的型材置于箱式電阻爐內(nèi)熱處理，熱處理溫度為490℃～510℃，保溫7～9小時(shí)，然后在60～100℃的水中淬火；

8S：將淬火過的合金在油浴中時(shí)效處理，時(shí)效溫度為160℃～180℃，保溫10-14小時(shí)。