[发明专利]局域化分布颗粒增强铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种复合材料领域的制备方法，具体是一种局域化分布颗粒增强铝基复合材料的制备方法。

背景技术

非连续增强金属基复合材料是增强相和金属复合而成的一类材料，具有高的比强度和比刚度，耐磨，力学和物理性能可设计性强等优点，广泛用于航空航天、汽车和电子封装等领域。其主要不足是韧性不高。为解决韧性不高问题，复合后二次加工增韧、结构韧化以及局域化增韧方法被使用。复合后二次加工增韧余地有限。复合后二次加工增韧和结构韧化均导致材料呈现各向异性。局域化增韧方法制备的复合材料具有各向同性的优点，因此是一种有前途的增韧方法。

经对现有技术的文献检索发现，与本发明最密切的文献为发表在Journal ofMicroscopy，2001，201(Pt2):333-338上的一篇题为Novel MMC microstructurewith tailored distribution of the reinforcing phase的文章。该技术描述的方法是：在聚乙烯容器中，在没有研磨介质情况下，以80转/分的速度，使氧化铝短纤维进行翻跟头(tumbling)，筛分后，用钢模将合适尺寸氧化铝短纤维团聚物压成体积分数分10％的具有局域团聚增强体预制件，然后用挤压铸造法将液态6061铝合金浸渗到预制件中。该类复合材料中无论是颗粒密集区还是无颗粒区只有同一种金属基体，大大地限制了增韧效果。并且由于复合前预制件中仅含有陶瓷颗粒，只能采用液态浸渗方法制备局域化复合材料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种局域化分布颗粒增强铝基复合材料的制备方法，解决局域化增韧方法增韧效果有限和制备方法局限的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明首先采用陶瓷颗粒和低强度合金制备出高体积分数的复合颗粒，然后再将复合颗粒与高强度合金复合，从而制备出含有两种不同强度基体的局域化复合材料，整个复合材料中存在两种强度金属，复合颗粒中的金属是低强度纯铝，与复合颗粒复合的另一个金属是高强度合金(强度水平高于LY12)。

本发明方法包括如下步骤：

第一步，将陶瓷颗粒、低强度合金(纯铝粉末)以及过程促进剂硬脂酸混合均匀，采用机械球磨制备出复合颗粒，其中陶瓷颗粒占复合颗粒的体积分数为40％到60％；或直接利用高体积分数复合材料机加工废屑作为复合颗粒；

所述陶瓷颗粒，其粒径为5μm—20μm。

所述纯铝粉末为100目—200目粉末。

所述过程促进剂硬脂酸，其用量占陶瓷颗粒和纯铝颗粒总重量的4％。

所述复合颗粒，其尺寸范围为0.1mm—1mm。

所述采用机械球磨制备出复合颗粒，是指：先用64转/分混料20分钟，然后提高到426转/分的速度运转，球磨机每60分钟进行交替运行。球磨8小时，得到陶瓷颗粒体积分数为40％—60％的复合颗粒。

第二步，将复合颗粒直接压制成预制件，或复合颗粒与高强度合金(强度水平高于LY12)粉末混合，装入铝包套中脱气，脱气后将铝包套密封；

所述复合颗粒与高强度合金粉末混合，是指：将高强度合金粉末和复合颗粒一起放入球磨机中，用64转/分混料60分钟。

第三步，通过真空压力浸渗法将上述预制件与高强液态金属复合制备出含有两种不同强度基体的局域化分布颗粒增强铝基复合材料；或将上述密封的铝包套放到热等静压炉中，通过粉末冶金方法制备出含有两种不同强度基体的局域化分布颗粒增强铝基复合材料。

由于低强度纯铝具有强的塑性变形能力，高强度基体(如LY12)具有良好的承载能力，可有效缓解颗粒导致的应力集中。由于这种载荷分配的结果，在这种材料中裂纹扩展是沿着复合颗粒和高强合金的界面以及高强基体中交替扩展，大大地增加了裂纹的扩展路径，从而可明显地提高局域化增韧方法的增韧效果。

在第二步所得到的材料中，由于复合颗粒中包含金属，即可以由复合颗粒制成预制件，采用液态浸渗的方法制备局域化复合材料(预制件的预热温度明显低于复合颗粒中金属的熔点)，也可以用复合颗粒和高强度合金颗粒混合，然后用粉末冶金方法制备局域化复合材料。

本发明具有以下优点：

(1)所制备的材料具有高的韧性(断裂韧性高达32.6MP·m^1/2)，并且材料呈现各向同性力学性能；

(2)局域化分布颗粒增强金属基复合材料即可以采用液态浸渗法制备，又可以采用粉末冶金法制备，制备方法灵活，选择性大。