一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法，属于金属基复合材料领域。采用铝合金粉末和增强陶瓷颗粒为原料，粉末混合后压制成坯，压坯加热到铝合金的半固态温度区进行半固态加工成形，在半固态成形的同时实现铝合金粉末间的冶金结合，半固态加工坯凝固冷却、热处理后得到屈服强度200～600MPa、抗拉强度250～800MPa、延伸率2～15%的颗粒增强铝基复合材料。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，属于金属基复合材料领域。采用铝合金粉末和增强陶瓷颗粒为原料，粉末混合后压制成坯，压坯加热到铝合金的半固态温度区进行半固态加工成形，在半固态成形的同时实现铝合金粉末间的冶金结合，半固态加工坯凝固冷却、热处理后得到屈服强度200～600MPa、抗拉强度250～800MPa、延伸率2～15%的颗粒增强铝基复合材料。【专利说明】
本专利技术涉及，属于金属基复合材料领域。
技术介绍
颗粒增强铝基复合材料具有高比强、耐磨、高温性能好、组织性能可设计性强等优点，在汽车、航天航空、体育器材、耐磨材料、高温结构材料等领域具有广阔的应用市场。目前公知的颗粒增强铝基复合材料的主流制备方法主要有熔体复合及粉末冶金复合两种方法。熔体复合法从熔体途径出发，铝合金熔化后，通过机械搅拌等方法，将陶瓷颗粒分散到铝合金熔体中。该方法存在陶瓷颗粒与铝合金熔体之间的润湿性问题，造成陶瓷颗粒，特别是高含量陶瓷颗粒的加入困难，往往需要对陶瓷颗粒进行预处理，或采用超声波、真空等辅助手段，使工艺过程复杂，提高了成本。粉末冶金复合法，是从粉末途径出发，将铝合金粉末与陶瓷颗粒混合、压制后，加热到铝合金的一定温度进行烧结。由于铝合金的活性较大，容易氧化，故烧结时需要严格的气氛保护或者高真空条件。
技术实现思路
为克服上述公知颗粒增强铝基复合材料制备技术的不足，本专利技术提供，该方法具有材料成分可控、工艺简单、净成形、低成本的特点，可实现工业化生产的特点。 本专利技术的技术方案是:采用铝合金粉末和增强陶瓷颗粒为原料，粉末混合后压制成坯，压坯加热到铝合金的半固态温度区进行半固态加工成形，在半固态成形的同时实现铝合金粉末间的冶金结合，半固态加工坯凝固冷却、热处理后得到颗粒增强铝基复合材料。具体步骤包括如下:(1)混合粉末坯的制备:将粒度1~75μ m的铝合金粉末和粒度为1~50 μ m的陶瓷颗粒分别按照60~90wt%和10~40wt%的比例混合配料，然后压制成还料；(2)混合粉末坯的半固态加工:将坯料加热到半固态温度区间后进行挤压、模压或轧制的半固态加工，即得到半固态加工坯；(3)半固态加工坯的热处理:将半固态加工坯进行T4、T5或T6进行热处理，即得到屈服强度200~600MPa、抗拉强度250~800MPa、延伸率2~15%的颗粒增强铝基复合材料。所述铝合金粉末为2X X X系、6X X X系、7X X X系、Al_Si系或Al_Cu系铝合金中的任意一种。所述陶瓷颗粒为SiC、A1203、TiB2、TiC、Si3N4、BC或AIN中的任意一种。所述混合配料是将铝合金粉末和陶瓷颗粒在混料机中混合1~5小时。所述压制坯料的压力是100~500MPa。所述挤压的挤压比为3~100，模压的压力是5~300MPa，轧制的压下率为0.1~0.7。所述半固态温度区间是指金属或合金的液相线和固相线的温度区间。所述热处理为T4、T5或T6处理，其中T4为固溶+自然时效处理，T5为固溶+不完全人工时效处理，T6为固溶+人工时效处理，T4、T5或Τ6热处理方法的选用与常规铝合金的热处理方法相同。本专利技术的原理是: (1)混合粉末的成分及混合均匀性控制原理:常规熔体复合方法，受增强颗粒与铝合金熔体润湿性的影响，添加颗粒的数量一般不超过20%，本专利技术是在常温下混合铝合金粉末和增强颗粒，最高可添加40%的复合颗粒，而且具有可设计性，通过混料工艺控制，使铝合金粉末与增强颗粒混合均匀。(2)混合粉末压坯的半固态加工原理:常规粉末冶金复合方法，需要对压制坯进行气氛或真空烧结实现铝合金粉末的冶金结合，但铝合金粉末的活性高易氧化，固对烧结气氛或真空要求非常严格。本专利技术对压制坯料进行半固态加工，半固态铝合金粉在一定压力下成形的同时，实现铝合金粉末之间的冶金结合，克服了铝合金粉末的烧结困难的问题。(3)颗粒增强铝基复合材料的热处理原理:本专利技术采用与颗粒增强铝基复合材料中铝合金基体的热处理方法，对颗粒增强铝基复合材料进行热处理(如6061/SiC复合材料的热处理，采用的是6061合金的热处理方法)。本专利技术的有益效果是:铝合金粉末与增强颗粒在常温下混合，实现高颗粒含量的均匀混合，成分具有可设计性；同时，混合粉末压坯的半固态加工，兼备净成形和实现铝合金粉末冶金结合的功效。克服了常规熔体复合方法的增强颗粒与铝合金不润湿、添加量有限、添加困难的不足，也克服了常规粉末冶金方法对压制坯烧结困难的不足。提供了一种材料成分可控、工艺简单、净成形、低成本的颗粒增强铝基复合材料制备方法。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术工艺流程不意图。【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】，对本专利技术作进一步说明。实施例1本实施例的颗粒增强铝基复合材料的制备方法为:(1)混合粉末坯的制备:采用粒度为10~25μ m的2014铝合金粉末及粒度为10~20 μ m的SiC颗粒为原料，按照铝合金粉末质量百分含量80% wt、陶瓷颗粒质量百分含量20% wt的比例进行配料，铝合金粉末和陶瓷颗粒在混料机中混合2小时后得到均匀的混合粉末，将此混合粉末在300MPa的压力下压制获得混合粉末坯；(2)混合粉末坯的半固态加工:将步骤(1)制得的混合粉末坯加热到2014铝合金的半固态温度区570~600°C进行挤压(挤压比10)，半固态挤压后在空气中冷却后得到半固态挤压还；(3)半固态加工坯的热处理:将步骤(2)制得的半固态挤压坯进行T6热处理，即可得到屈服强度460MPa、抗拉强度580MPa、延伸率12%的颗粒增强铝基复合材料。实施例2本实施例的颗粒增强铝基复合材料的制备方法为:(1)混合粉末坯的制备:采用粒度为25~37μπι的6061铝合金粉末及粒度为20~25 μ m的A1203陶瓷颗粒为原料，按照铝合金粉末质量百分含量70% wt、陶瓷颗粒质量百分含量30% wt的比例进行配料，铝合金粉末和陶瓷颗粒在混料机中混合3小时后得到均匀的混合粉末，将此混合粉末在400MPa的压力下压制获得混合粉末坯；(2)混合粉末坯的半固态加工:将步骤(1)制得的混合粉末坯加热到铝合金的半固态温度区635~645°C进行模压(压力lOOMPa)加工，半固态模压后在空气中冷却后得到半固态模压坯；(3)半固态加工坯的热处理:将步骤(2)制得的半固态模压坯进行T6热处理，即可得到屈服强度560MPa、抗拉强度760MPa、延伸率3%的颗粒增强铝基复合材料。实施例3本实施例的颗粒增强铝基复合材料的制备方法为:(1)混合粉末坯的制备:采用粒度为37~53μπι的ZL101铝合金粉末及粒度为33~37 μ m的TiB2陶瓷颗粒为原料，按照铝合金粉末质量百分含量60% wt、陶瓷颗粒质量百分含量40% wt的比例进行配料，铝合金粉末和陶瓷颗粒在混料机中混合4小时后得到均匀的混合粉末，将此混合粉末在450MPa的压力下压制获得混合粉末坯；(2)混合粉末坯的半固态加工:将步骤(1)制得的混合粉末坯加热到铝合金的半固态温度区635~645°C进行轧制(挤压比为100，压下率0.5)加工，半固态轧制后在空气中冷却后得到半固态加工坯；(3)半固态加工坯的热处理:将步骤(2)制得的半固态加工坯进行T5热处理，即可得到屈服强度330MPa、抗拉强度37本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤包括：（1）混合粉末坯的制备：将粒度1～75μm的铝合金粉末和粒度为1～50μm的陶瓷颗粒分别按照60～90wt%和10～40wt%的比例混合配料，然后压制成坯料；（2）混合粉末坯的半固态加工：将坯料加热到半固态温度区间后进行挤压、模压或轧制的半固态加工，即得到半固态加工坯；（3）半固态加工坯的热处理：将半固态加工坯进行热处理，即得到铝基复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：左孝青，罗晓旭，陆建生，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：