[發明專利]一種鋁基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202310562252.2
• 申請日: 2023-05-18
• 公開（公告）號: CN116590564A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 張峻凡;肖伯律;馬宗義;王全兆;王東;劉振宇;昝宇寧;馬凱;朱士澤
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;B22F9/04;B22F1/14;B22F1/12;C22C21/00;C22C32/00;B22F3/02;B22F3/04;B22F3/10;B22F3/20;B22F3/17
• 代理公司: 北京煦潤律師事務所 11522
• 代理人: 蘇慶;梁永芳

本發明是關于一種鋁基復合材料及其制備方法，涉及金屬基復合材料制備技術領域。主要采用的技術方案為：一種鋁基復合材料的制備方法，包括如下步驟：對微米級的原料粉末進行球磨，球磨成粒徑為0.3?5毫米的混合基元顆粒；其中，所述原料粉末包括基體粉末和陶瓷增強體粉末；將混合基元顆粒冷壓加工成坯錠；將坯錠進行無壓燒結處理，得到無壓燒結處理后的鋁基復合材料坯錠。本發明通過球磨制備出混合基元顆粒，以實現通過無壓燒結的方法制備一種性能優異的鋁基復合材料，改變了現有機械混粉?熱壓燒結?塑性加工的固有加工模式，提高加工效率的同時保證材料性能。

技術領域

本發明涉及一種金屬基復合材料制備技術領域，特別是涉及一種鋁基復合材料及其制備方法。

背景技術

鋁基復合材料是在鋁合金基體中添加陶瓷增強體而形成的復合材料，因其具有輕質、高模、高強、耐磨等優異的性能，已經成為航空航天、核電、國防、交通運輸等領域的關鍵戰略材料。

目前，制備鋁基復合材料構件，主流的粉末冶金方法所采用的工藝路線主要涉及以下三個步驟：步驟1，機械混粉：使不同種類的粉末充分均勻混合；步驟2，熱壓燒結或熱等靜壓：實現鋁基復合材料的初步致密化和合金化；步驟3，塑性變形加工：實現連續氧化鋁膜的破碎以及進一步的致密化。其中，步驟2中的熱壓燒結對設備條件要求嚴苛，往往需要搭建專用的設備，每次只能單爐單錠，生產效率極低；而熱等靜壓的設備搭建和使用成本高昂，難以實現大坯錠、大壓力條件下的熱等靜壓，導致鋁基復合材料的產品尺寸受限，同時致密度難以保證，必須依靠后續的塑性加工來實現進一步的致密化和破碎連續氧化鋁結構。在此需要說明的是：由于鋁粉存在連續氧化膜使得鋁基復合材料的制備較為困難，且存在上述問題。而對于其他金屬基復合材料的粉末冶金制備無需上述復雜的制備工藝。

因此，目前的熱壓燒結/熱等靜壓環節已經成為限制鋁基復合材料制備加工效率和成本的瓶頸，嚴重限制了鋁基復合材料在成本敏感領域的應用。若直接使用粉末進行無壓燒結取代熱壓燒結，又面臨粉末界面結合差、冷壓變形抗力大、增強體顆粒分散困難等問題，容易造成后續加工過程中坯錠破碎、夾雜等問題，難以獲得高性能的鋁基復合材料。

綜上，為了獲得輕質高強高模的高性能鋁基復合材料，促進其在節能、低碳事業上的應用，亟需改變現有機械混粉-熱壓燒結-塑性加工的固有加工模式，提高加工效率的同時保證材料性能。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種鋁基復合材料及其制備方法，主要目的在于能采用無壓燒結的方法制備一種性能優異的鋁基復合材料。

為達到上述目的，本發明主要提供如下技術方案：

一方面，本發明的實施例提供一種鋁基復合材料的制備方法，其包括如下步驟：

球磨步驟：對微米級的原料粉末進行球磨，球磨成粒徑為0.3-5毫米的混合基元顆粒；其中，所述原料粉末包括基體粉末和陶瓷增強體粉末；

冷壓加工步驟：將所述混合基元顆粒冷壓加工成坯錠；

無壓燒結步驟：將所述坯錠進行無壓燒結處理，得到無壓燒結處理后的鋁基復合材料坯錠。

優選的，在所述球磨步驟中：球料比為(10:1)-(20:1)，球磨的時間為30-50分鐘，球磨的轉速為150-200轉/每分鐘。

優選的，所述基體粉末包括鋁粉和/或鋁合金粉；優選的，所述基體粉末還包括合金元素粉；進一步優選的，所述合金元素粉中的合金元素包括鋅、銅、鎂、硅、鐵中的一種或多種。

優選的，在所述原料粉末中：所述基體粉末的體積分數為75-95％，所述陶瓷增強體粉末的體積分數為5-25％。

優選的，所述陶瓷增強體粉末是碳化硅、碳化硼、氧化鋁中的一種或多種；和/或所述陶瓷增強體粉末、基體粉末的粒徑均為1-100μm；和/或混合基元顆粒中的陶瓷增強體顆粒均勻分布；和/或在球磨步驟中，球磨形成的混合基元顆粒之間呈分散狀態。