制备铝基复合材料的助渗工艺制造技术

一种复合材料技术领域的制备铝基复合材料的助渗工艺，通过对浸渍于助渗剂溶液中的增强体进行预热然后浇注铝液，制备得到铝基复合材料。本发明专利技术实现了助渗剂在预制件内增强体表面的均匀涂覆，改善了铝液对增强体的润湿性，减小了浸渗阻力，从而获得铝基复合材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种复合材料
的方法，具体是一种制备铝基复合材料的助渗工艺。
技术介绍
铝基复合材料由铝及铝合金基体和增强体(包括纤维、晶须、颗粒)复合而成。铝基复合材料具有高比强度和高比模量的同时，还具有低热膨胀系数和高导热系数，此外加工性能良好，在航天航空、先进武器、电子信息、现代交通、精密制造等领域有着迫切的需求。但是在铝基复合材料的液相制备过程中突出的难点是铝液对增强体不润湿，浸渗阻力大。通过一定的方式在增强体周围添加助渗剂，利用助渗剂的化学反应改善铝液对增强体的润湿性，减小浸渗阻力，从而制备出铝基复合材料。经过对现有技术的检索发现，王济国在《轻合金加工技术》Vol. 26，No. 6 :P38 41，1998年发表的文章“自浸渗法制备SiCp/Al复合材料”提出了一种浸渗工艺在助渗剂 (K2TiF6)的参与下，铝液渗入到SiCp增强体与助渗剂组成的混合体，从而制备出SiCp/Al复合材料。其中，混合体的制备工艺为干燥的助渗剂粉末经过研磨后与碳化硅颗粒搅拌混合。 但该方法存在以下不足①适用范围有限，只适用于分散状态下的非连续增强体(颗粒、晶须、短纤维)，对于呈整体结构的增强体预制件(如颗粒烧结骨架、连续网络结构的多孔陶瓷和通孔碳泡沫等)，由于预制件的过滤作用和整体性，无法通过干法共混将干燥的助渗剂粉末加入到预制件内；对于连续纤维(包括单向纤维、二维纤维布、三维织物等)，由于纤维构成了过滤网，纤维间隙极小，以及纤维的取向性，所以干法共混也不适合；②该方法需消耗大量的助渗剂，即K2TiF6/SiCp* 1 1 1 1.5(重量比)，实际上增强体表面的助渗剂才能对润湿性的改善起到有效作用，所以并不需要太多的助渗剂，而过多的助渗剂一方面导致铝消耗量增多，另一方面导致铝液浸渗的通道变窄甚至堵塞。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种制备铝基复合材料的助渗工艺， 实现了助渗剂在预制件内增强体表面的均勻涂覆，改善了铝液对增强体的润湿性，减小了浸渗阻力，从而获得铝基复合材料。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术涉及一种铝基复合材料，其组分及体积比为10 70%增强体和30 90% 铝或铝合金基体组成。所述的增强体采用纤维、晶须或颗粒的一种或几种。所述的铝或铝合金基体的组分和质量百分比为0 13% Si、0 11% Mg、0 10% Ζη、0 8% Cu、0 2% Μη、0 Ti，其余为 Al。本专利技术涉及上述铝基复合材料的制备方法，通过对浸渍于助渗剂溶液中的增强体进行预热然后浇注铝液，制备得到铝基复合材料。所述的助渗剂溶液的组分及含量为氟钛酸钾(K2TiF6)和氟锆酸钾(K2ZrF6)的混合物，其摩尔比为[K2TiF6] [K2Zrfg = ο. ι ο 1，溶剂为去离子水。所述的浸渍是指将增强体浸入温度为0°c 95°C的助渗剂溶液中并进行1 60min、超声频率为40 60KHz的超声振动处理，再将浸渍后的增强体置于200°C下烘干。所述的预热是指将增强体放入金属模具在氩气保护环境下预热至400°C 600 C。所述的浇注铝液是指将熔融的铝液浇注入金属模具中，浇注温度为750°C 8000C，保温温度为800°C 950°C。本专利技术采用助渗剂溶液超声浸渍法处理增强体，具有适用范围广、助渗剂用量少、 操作简便的特点。本专利技术适用于对铝基复合材料各种增强体的处理，包括非连续增强体和连续纤维，特别适合增强体呈整体结构的情况。助渗剂用量少，含量可控，无需研磨和搅拌， 缩短了时间，节约了能源。本专利技术实现了助渗剂在预制件内增强体表面的均勻涂覆，涂层厚度均一，无涂覆死角又不会堵塞铝液的浸渗通道，提高了助渗剂充填的均勻性，改善了铝液对增强体的润湿性，减小了浸渗阻力，改善了界面结合，提高了铝基复合材料的性能。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1增强体为三维碳纤维，碳纤维占复合材料体积分数约40%。基体采用铝合金为 ZLlOl0助渗剂溶液为95°C的饱和水溶液，摩尔比η[K2TiF6Vn[KJrF6]为0. 1。将增强体浸入助渗剂溶液，超声振动处理时间lOmin，超声频率50ΚΗζ。烘干温度200°C，预热温度 5500C，采用氩气保护，浇注温度760V，在氩气保护下800°C保温0. 5h，随炉冷却，得到三维碳纤维增强铝基复合材料。复合材料的抗弯强度为280MPa。实施例2增强体为SiC颗粒，占复合材料体积分数约60%。基体采用铝合金为ZL102。助渗剂溶液为25°C的饱和水溶液，摩尔比η [K2TiF6Vn [KJrF6]为10。将增强体浸入助渗剂溶液，超声振动处理时间30min，超声频率50KHz。烘干温度200°C，预热温度600°C，采用氩气保护，浇注温度800°C，在氩气保护下900°C保温lh，随炉冷却，得到SiCp/Al复合材料。复合材料的抗弯强度为410MPa。实施例3增强体为B4C颗粒，占复合材料体积分数约70%。基体采用工业纯铝。助渗剂溶液为60°C的饱和水溶液，摩尔比η [K2TiF6Vn [KJrF6]为1。将增强体浸入助渗剂溶液，超声振动处理时间30min，超声频率50KHz。烘干温度200°C，预热温度600°C，采用氩气保护，浇注温度800°C，在氩气保护下800°C保温2h，随炉冷却，得到&CP/A1复合材料。复合材料的抗弯强度为590MPa。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种铝基复合材料，其特征在于，其组分及体积比为１０～７０％增强体和３０～９０％铝或铝合金基体组成。

【技术特征摘要】
1.一种铝基复合材料，其特征在于，其组分及体积比为10 70%增强体和30 90% 铝或铝合金基体组成。2.根据权利要求1所述的铝基复合材料，其特征是，所述的增强体采用纤维、晶须或颗粒的一种或几种。3.根据权利要求1所述的铝基复合材料，其特征是，所述的铝或铝合金基体的组分和质量百分比为0 13% Si、0 ll%Mg、0 10% Ζη、0 8% Cu、0 2%Mn、0 Ti， 其余为Al。4.一种根据上述任一权利要求所述铝基复合材料的制备方法，其特征在于，通过对浸渍于助渗剂溶液中的增强体进行预热然后浇注铝液，制备得到铝基复合材料。5.根据权利要求1所述的铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的助渗剂溶液的组分及含量为=K2TiFf...

【专利技术属性】
技术研发人员：周聪，王浩伟，陈东，冯欣，黄文貌，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31