[發明專利]一種分級結構金屬基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201811099554.6
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109108298B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 李普博;曹博;高忙忙;楊珮珮;李海波;梁森;李進;何力軍
• 申請（專利權）人: 寧夏大學
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;B22F3/16;C22C1/05;C22C21/00;C22C23/00;C22C18/00;C22C47/14;C22C49/06;C22C49/04;C22C49/02;C22C49/14;C22C101/10
• 代理公司: 云南凌云律師事務所 53207
• 代理人: 董建國

本發明專利屬于材料加工技術領域，具體涉及一種高強韌分級結構金屬基復合材料的制備方法，具體步驟如下：（1）將基體合金粉末經過高能球磨，獲得片狀金屬粉末；（2）將增強體與所得片狀金屬粉末在分散液中機械攪拌和超聲分散混合，過濾、干燥后得到復合粉末I；（3）復合粉末I再與球狀金屬粉末低能球磨，獲得復合粉末II；（4）復合粉末II在壓力下冷壓成形后部分重熔、觸變成形，得到分級組織構型的金屬基復合材料混合粉末壓塊。本發明原理簡潔、操作簡單、安全可靠，可工業化生產，同時提高了工效、節約了材料、保證了質量、安全可靠，具有較高的應用和推廣價值。

技術領域

本發明專利屬于材料加工技術領域，具體屬于金屬基復合材料制備技術領域，涉及一種高強韌分級結構金屬基復合材料的制備方法。

背景技術

鋁基復合材料由于具有良好的熱穩定性、高的比剛度、高的比強度等優點，廣泛應用于航空航天、軍事、汽車等領域。大多數現有研究是通過單一增強體或混雜增強體在基體中的均勻分布而獲得均勻構型金屬基復合材料，可在一定程度上減少因增強體團聚產生的過高應力集中導致的脆性斷裂問題。然而，因沒有充分考慮到材料的復合構型效應，使得材料的強度雖得到有限改善，但韌性卻急劇下降，成為阻礙金屬基復合材料在更高水平和更廣范圍應用的一種主要瓶頸。解決此問題最有效的手段就是制備分級結構的復合材料。分級結構是由富增強相的硬相區和貧增強相的基體軟相區通過一定的空間分布構成的非均勻組織構型。硬相區能有效發揮載荷傳遞強化以及阻礙位錯運動，起到強化作用。而軟相區能促進位錯運動以及鈍化裂紋尖端、遲滯裂紋擴展速率，起到韌化效果。因而，分級結構更有利于發揮復合設計的自由度及組元間的協同耦合效應，可實現復合材料優異的強度/剛度和塑性/韌性匹配。因此，深入開展分級結構復合材料的研究，這對進一步發掘金屬基復合材料的性能潛力及推動其更廣泛應用具有重要的理論和實踐意義。

粉末冶金法也是目前制備分級結構復合材料最常用的方法。粉末冶金法反應溫度低（如低于Al合金固相線溫度），燒結時間長（4h左右），能耗大，生產效率低。尤其是，該方法制備的零件致密性差，很難制備大尺寸、復雜形狀的零件。雖然通過微波燒結、等離子體燒結等技術以及后續二次加工（如軋制、攪拌摩擦加工、熱擠壓）可改善組織致密性，但卻增加了成本，并且對于制備較大尺寸、復雜形狀零件依然無能為力。而近凈成形對于難加工的金屬基復合材料零件尤為重要。因此，需要開發一種制備高性能分級結構復合材料的方法。

觸變成形技術不僅能顯著減少、甚至消除縮松、氣孔等缺陷，而且還能近凈成形大尺寸、復雜形狀的薄壁零件。結合粉末冶金的混粉、壓實工藝和觸變成形技術的部分重熔、成形工藝優點，可開發出制備分級結構復合材料的新方法。

發明內容

為了解決上述問題，本發明專利提出了一種高強韌分級結構金屬基復合材料的制備方法，能夠改善現有金屬基復合材料強度和韌性不匹配、組織致密性差的問題。

技術方案為：

一種高強韌分級結構金屬基復合材料的制備方法，具體步驟如下：

（1）在液氮冷卻并在保護氣氛下，將基體合金粉末經過高能球磨，獲得片狀金屬粉末；此處基體合金粉末顆粒可以為球狀、橢球狀或者楔狀；

（2）將增強體與所得片狀金屬粉末在分散液中機械攪拌和超聲分散混合，過濾、干燥后得到增強體均勻吸附于片狀金屬粉末表面的復合粉末I；

（3）所得復合粉末I再與球狀基體合金粉末低能球磨，獲得復合粉末I均勻分布于球狀金屬粉末周圍的復合粉末II；此處基體合金粉末顆粒為球狀或橢球狀，已達到良好的填補效果；

（4）所得復合粉末II在壓力下冷壓成形，得到混合粉末壓塊；

（5）所得混合粉末壓塊在半固態溫度下加熱，獲得適合觸變成形的半固態非枝晶錠料；

（6）所得半固態非枝晶錠料在相應的模具溫度、成形壓力、壓頭速率下觸變成形，得到分級結構復合材料。