[發明專利]SiC顆粒增強鋁基復合材料制備方法

有效

• 申請號: 201710169380.5
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN107058785B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 何國球;葉赟;劉曉山;蔣凱雁;韓彥超;戴禮權;呂世泉;張琛;佘萌;何喬
• 申請（專利權）人: 湖北玉立恒洋新材料科技有限公司
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22F1/043;C22B9/04
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

本發明目的公開了一種特制的真空熔煉爐以及SiC顆粒增強鋁基復合材料制備工藝，采用一定的成分配比及特殊的熔煉鑄造工藝。該工藝中利用所述真空熔煉爐，實現了整體的密閉以及真空狀態下加料,能夠實時地測量熔體內部溫度，并使顆粒以一定速度準確落入熔體漩渦中心，在強力攪拌下均勻分布在熔體內部，而且能夠有效地對復合材料熔體起到脫氧、脫氣的作用，由此本工藝能生產出成分均勻、低孔隙率、高力學性能且導熱性能優異的復合材料。一種坩堝升降式真空熔煉爐，包括坩堝復合裝置及升降平臺系統、攪拌裝置及升降平臺系統、加料裝置、真空系統、手持可升降熱電偶、密封系統、電控系統。

技術領域

本發明屬于新材料的開發與應用。

背景技術

碳化硅顆粒增強鋁基復合材料具有較高的比強度、比剛度、彈性模量、耐磨損、耐高溫，并且具有良好的熱傳導性能，在航空、航天、汽車、電子和交通運輸等工業領域得到了廣泛的應用。目前關于碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的成分和性能尚缺乏系統深入的研究，且實際應用中也大多采用進口產品。顆粒增強鋁基復合材料的制備方法主要包括粉末冶金法、壓力浸滲法、噴射沉積法和攪拌鑄造法。相比于其它方法，機械攪拌鑄造法具有設備、工藝簡單，成本低等優點，是大規模生產的最有效的方法。

文獻《一種剎車盤用外加碳化硅顆粒增強硅鋁合金基復合材料的制備方法》[1]報道了通過對碳化硅顆粒表面化學鍍銅進行預處理，并在空氣環境中機械攪拌加入碳化硅的一種制備方法。這種工藝對碳化硅的預處理工藝復雜，成本高，且在空氣環境中加入碳化硅并機械攪拌，將導致產品中卷入氣體形成大量孔洞，并產生氧化物夾雜，最終難以獲得性能理想的材料。

文獻《碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備及半固態擠壓成形技術的研究》[2]報道了通過氬氣保護的機械攪拌鑄造并結合半固態擠壓工藝的一種碳化硅顆粒增強鋁基復合材料制備方法。這種工藝沒有對SiC粉末進行有效的預處理工藝，導致增強顆粒與基體鋁合金結合力差并存在間隙，加入SiC后的復合材料熔體粘度增加，氬氣作為保護氣體避免了氧化夾雜但在攪拌過程中易被卷入熔體中導致產品存在較多孔洞，最后只能通過半固態擠壓工藝使間隙和孔洞閉合，然而增加的熱擠壓工藝使材料制備成本提高，效率降低，不適應工業生產，且擠壓后的復合材料內閉合的間隙和孔洞是否完全消除，基體內應力以及基體與增強體間應力對材料力學性能的影響等均有待研究。

文獻《一種制備顆粒增強鋁基復合材料的真空機械雙攪拌鑄造法》[3]報道了通過真空條件下對熔體進行內外雙攪拌的工藝，使增強顆粒分散在基體鋁合金中的一種制備方法。文中未針對SiC與Al液潤濕性較差的特性對SiC粉末進行有效的預處理工藝，增強顆粒與基體結合力不足。制備過程中通過裝置上的觀察口依靠負壓一次投入粉料，使大量粉末堆積在合金熔體上，粉末間隙中夾帶較多空氣，而SiC細粉在高溫鋁液上易結團并裹氣，在攪拌過程中這些空氣及SiC團聚物被卷入熔體，文章中通過內外雙攪拌的方法負壓除氣，有效地除去了合金熔體中的氣泡，但很難除去SiC顆粒表層的空氣薄膜(最終存在于顆粒與基體的微觀間隙中)，而大量的SiC團聚物需要在高達1000～1200轉/分的速度下破碎并分散均勻，這在真空條件下對裝置要求高且不適合大批量生產制造。

參考文獻：

[1]商好峰,李廣全,宋立偉.一種剎車盤用外加碳化硅顆粒增強硅鋁合金基復合材料的制備方法[P].山東：CN103074507A,2013-05-01.

[2]周雪峰,劉昌明,朱新才,劉海,鄧作棟.碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備及半固態擠壓成形技術的研究[J].重慶科技學院學報,2006,(02):42-46.

[3]韓建民,吳召玲,李衛京,陳懷君,徐向陽,崔世海,李榮華,劉元富,沙鎮嵩,王金華.一種制備顆粒增強鋁基復合材料的真空機械雙攪拌鑄造法[P].北京： CN1676237,2005-10-05.