【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料制备，尤其涉及一种金属基复合材料复杂构件近净成型的制备方法。
技术介绍
1、金属基复合材料的比强度和比刚度较高，同时耐磨性能和耐腐蚀性能也较好，部分金属基复合材料还具有热导率高、耐高温性能和尺寸稳定性能优异等优点，已经广泛应用于航空航天、先进武器、电子和交通等领域。这些优异的性能得益于复合材料内部的各种增强相，根据增强相形态的不同，金属基复合材料主要可以分为纤维增强、颗粒增强和晶须增强三大类。纤维增强金属基复合材料如cf/al有着高比强度、强耐蚀性及优异的耐疲劳性能，但其内部碳纤维的存在对于材料构件的加工方法有着较高的要求；颗粒增强金属基复合材料如sicp/al、be/al、diamond/cu等，其内部的各种增强相提高了复合材料的各种性能，但同时由于增强相的脆性和硬度也增加了材料加工的难度和成本，这使得目前各种金属基复合材料复杂构件的制造成本难以降低，难以实现大批量生产。因此，各种近净成型技术在近些年得到了大量关注，其可以通过不同方法直接制备具有复杂形状的复合材料构件，是目前复合材料领域研究的热点。
2、目前国内对于金属基复合材料近净成型制备技术的研究报告较少，制备方法主要有：精密铸造法、粉末冶金法、增材制造技术、粉末注射成形和超塑性成形技术等。金属基复合材料内的增强相会影响熔体的流动性和充型能力，采用精密铸造法制得的复合材料中疏松和缩孔等缺陷较多，成型效果较差；粉末冶金法工艺复杂、成本较高，原材料粉体对于制得复合材料的质量影响较大，难以实现批量生产优质构件；增材制造技术是近些年来飞速发展的近
技术实现思路
1、本专利技术为了解决金属基复合材料复杂构件近净成型的存在致密度低的问题，结合石膏型精密铸造和自排气压力浸渗技术，近净成型得到高精密和高致密度金属基复合材料复杂构件。
2、本专利技术内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法按以下步骤进行：
3、一、增强相和金属基体的称量：
4、称取制备复合材料所需的增强相和金属基体，并烘干；
5、步骤一所述增强相为sic颗粒、b4c颗粒、al2o3颗粒、be粉或金刚石颗粒；
6、步骤一所述金属基体为纯铝、纯铜、铝合金或铜合金；
7、二、芯模的制造：
8、称取一定质量的石膏粉并与水混合，再加入填料，然后将混合均匀后的浆液倒入成型芯模用的预定模具中成型，脱模后进行干燥预处理，得到用于成型金属基复合材料复杂构件的芯模；
9、步骤二所述填料为碳纤维、bn粉或bn纤维；填料的添加量为石膏粉和水混合物总体积的3～9％；
10、三、预制体冷压成型：
11、将步骤一称取的增强相和芯模放入金属基复合材料复杂构件的成型模具内，进行冷压成型，得到复合材料预制体；
12、步骤三所述冷压成型的压力为0.5～20mpa，加压速度为0.1～3mm/min，保压时间为1～3min；
13、四、复合材料的压力浸渗制备：
14、将步骤三得到的预制体与模具一同放入加热炉中，在保护气氛下进行预制体和模具的预热；同时将步骤一称取的金属基体在保护气氛下加热到熔化；将预制体和模具取出后放置于压力机上，倒入熔化的金属基体，然后进行压力浸渗，浸渗结束后冷却至室温，然后脱模，得到含芯模的复合材料；
15、步骤四所述金属基体的熔化温度为熔点以上100～250℃；
16、步骤四所述压力浸渗过程中施加的压力为15～40kn，保压时间为3～10min；
17、五、含芯模复合材料的脱芯模处理：
18、将步骤四得到的含芯模的复合材料进行机械去石膏处理，然后复合材料置于石膏溶解剂中，施加超声波去除表面残留石膏，最后清洗复合材料并干燥，即完成。
19、本专利技术具备如下有益效果：
20、1、本专利技术方法给出了一种金属基复合材料复杂构件的近净成型的新思路，结合石膏型精密铸造高精度和压力浸渗技术可制备高致密度复合材料的优点，将芯模置于复合材料预制体中，然后通过压力浸渗法制得含芯模复合材料，最后进行去芯模处理，最终得到高精密、高致密度的金属基复合材料复杂构件。
21、2、本专利技术利用石膏流动性和充型性良好的优点，可以制得各种形状复杂且高精度芯模，如薄壁结构、多阶结构或含加强筋结构，可以满足多种复杂构件的生产需求。
22、3、本专利技术通过芯模和模具将增强相冷压成构件形状的压坯只需在室温下进行，对压坯设备要求较低，有利于降低生产成本，提高生产效率；
23、4、本专利技术能够制备不同种类、不同金属基体的复合材料构件，只需改变增强相的种类或熔融金属基体的元素种类和含量，即可调控复杂构件的性能，适用范围广，应用前景高；
24、5、本专利技术工艺方法简单、易操作、无需使用对环境有害的化学试剂，节能环保、成本较低，易于实现产业化生产及应用。
25、6、本专利技术制备的金属基复合材料复杂构件的性能满足使用需求，材料性能高、制备周期短、价格大幅降低，可以更好地满足市场需求。
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1.一种内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：步骤一所述增强相的粒径为50nm～100μm。
3.根据权利要求1所述的内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：步骤一所述增强相的体积为复合材料体积的40～60％。
4.根据权利要求1所述的内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：步骤二所述金属基复合材料复杂构件为薄壁结构或具有沟槽、棱角、曲面中的一种形状或几种形状。
5.根据权利要求1所述的内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：步骤二所述水与石膏粉的质量比为(0.4～0.5)：1。
6.根据权利要求1所述的内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：步骤二所述干燥预处理为烘干或多级焙烧；所述烘干工艺
7.根据权利要求1所述的内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：步骤四所述保护气氛为氮气气氛、氩气气氛或氦气气氛。
8.根据权利要求1所述的内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：步骤四所述预热温度为400～600℃，时间为2～3h。
9.根据权利要求1所述的内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：步骤四所述冷却速度为20～40℃/h。
10.根据权利要求1所述的内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：步骤五所述机械去石膏处理为车加工或铣加工。
...【技术特征摘要】
1.一种内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：步骤一所述增强相的粒径为50nm～100μm。
3.根据权利要求1所述的内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：步骤一所述增强相的体积为复合材料体积的40～60％。
4.根据权利要求1所述的内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：步骤二所述金属基复合材料复杂构件为薄壁结构或具有沟槽、棱角、曲面中的一种形状或几种形状。
5.根据权利要求1所述的内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：步骤二所述水与石膏粉的质量比为(0.4～0.5)：1。
6.根据权利要求1所述的内置芯模近净成型高精度高致密度金属基复合材料复杂构件的方法，其特征在于：步骤二所述干燥预处理为烘干或多级焙烧；所述烘干工艺为：在150～250℃保温2～4h，升温速率为...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙志宇，熊宇，付杨，鞠渤宇，胡镌芮，郝磊磊，刘昀，杨文澍，武高辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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