[發明專利]脈沖電場輔助的真空包套軋制制備金屬基復合材料的方法

有效

• 申請號: 201811412613.0
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109468480B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 張鵬;焦少妮;王文先;寇子明;高貴軍
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C1/10;C22C47/14
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 溫彪飛;武建云

1.一種脈沖電場輔助的真空包套軋制制備金屬基復合材料的方法，其特征在于：包括如下步驟：

（1）、原材料制備

以陶瓷增強相與鋁、鎂、銅、鐵或鈦的單質粉末，或者，以陶瓷增強相與鋁、鎂、銅、鐵或鈦的合金粉末，經機械球磨混料，增強相所占體積分數為15%；

（2）、 熱處理及高溫除氣

將增強相與金屬單質或合金的混合粉置于真空或惰性氣體中加熱至金屬單質或合金熔點的50%~90%，保溫時間60min，然后冷卻；

（3）、板材表面處理

選取厚度在0.5~3mm之間的金屬板材作為包套覆板，腐蝕清洗金屬板材與粉末生坯待接觸表面，然后進行機械和砂紙打磨完全去除表面氧化層并暴露表面新鮮金屬層，保證表面粗糙度為40~110μm，用酒精和丙酮溶液多次清洗去除表面油污，待干燥后在待接觸表面涂抹水玻璃和玻璃潤滑劑備用；

（4）、制備粉末生坯

將步驟（2）獲得的混合粉末送入軋輥進行粉末軋制，軋制環境溫度為20~80℃，生坯厚度為1~15mm；

（5）、真空包套試件裝配

按照上覆板/粉末生坯/下覆板的順序疊放，四周設有封焊板，其中兩側封焊板均開有真空孔，在包套焊接前置于真空室內加熱除氣，加熱溫度為300℃，保溫時間60min，然后邊冷卻邊進行真空邊部焊接，構成包套試件，并通過真空孔將包套試件內部抽至真空，真空度為：低真空抽至：5×10^-1Pa、高真空抽至：1×10^-2Pa，待試件冷卻后，對真空孔進行真空封焊；

（6）、軋制及燒結

將包套試件放入接有脈沖電流的軋機，軋機至少由三組軋輥組成，首末軋輥軸線距離小于包套試件長度；位于上層軋輥的兩側均設有能夠與包套試件表面接觸的電刷，脈沖電流發生器產生電流由高壓輸出端、接地端經置于包套試件表面的電刷形成電流回路，輸入到包套試件的待加工段，電流發生器端口與電刷的通斷取決于包套的軋制行程，軋制時通過控制脈沖電流參數、軋制壓下率和軋制速率進行多道次軋制，首道次壓下率不小于13%，總壓下率為50%~75%；其中，脈沖電流發生器的設置參數為：脈沖電流密度200~1000A/mm²，頻率300~3000Hz，脈沖寬度30~100μs；軋制速度保證包套試件內粉末生坯各處均有≥5min的放電等離子燒結時間；

（7）、包套材料在室溫下冷卻，待溫度降至100℃以下，破開包套試件，取出芯塊，得到陶瓷增強金屬基復合材料。

2.根據權利要求1所述的脈沖電場輔助的真空包套軋制制備金屬基復合材料的方法，其特征在于：軋機的各組軋輥均由絕緣材料制成。

3.根據權利要求1所述的脈沖電場輔助的真空包套軋制制備金屬基復合材料的方法，其特征在于：包套試件厚度為0.5~3mm，長度為600~1200mm，寬度為100~300mm。

4.根據權利要求1所述的脈沖電場輔助的真空包套軋制制備金屬基復合材料的方法，其特征在于：軋機的軋輥數為3~5組，各組電刷通過電極引線與脈沖電流發生器的輸出端和接地端連接，并與包套試件的上表面或下表面接觸，分布于第一組軋輥之前、最末組軋輥之后以及各組軋輥之間，分別為電刷1、電刷2、……、電刷n，其中4≤n≤6，從第一組軋輥至最末組軋輥依次分布；包套試件前端最先進入軋機并與第一組軋輥接觸后開始輥軋，當前端與電刷2接觸后，將電刷1和電刷2分別接入輸出端和接地端，此時電刷1與電刷2之間的包套內粉末生坯進行燒結；隨著包套進給，每當前端開始接觸電刷m的同時，其中2＜m≤n，斷開電刷m﹣1，并接通電刷m至接地端，直至電刷1與電刷n分別接入輸出端和接地端，此時具有最大燒結區域；繼續進給，直至包套后端離開電刷1，斷開電刷1并接通電刷2至輸出端，此時電刷2與電刷n之間的包套內粉末生坯進行燒結，隨著后端與電刷k分離，其中k=n﹣2，斷開該電刷k的同時接通電刷k+1至輸出端，保證包套試件內部最多的粉末生坯處于燒結狀態。

5.根據權利要求4所述的脈沖電場輔助的真空包套軋制制備金屬基復合材料的方法，其特征在于：各軋輥材質均為Sialon陶瓷或氧化釔穩定氧化鋯陶瓷，軋制速度為150~500mm/min。