[发明专利]铝基复合材料和铝基复合材料零件的成形方法及其成形装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属基复合材料的制备方法和装置，具体涉及一种铝基复合材料和铝基复合材料零件的制备方法及其制备装置。

背景技术

在金属基复合材料中，铝基复合材料由于具有高比强、高比模及高耐磨性等优良性能，可以广泛用于航空、航天、汽车、军工等领域而受到重视，对该类材料的研究研究和应用也越来越多。铝基复合材料中的基体为铝合金，第二相(也称增强相)为碳化物或金属氧化物粒子。

制备铝基复合材料的方法多种多样，根据基体材料与增强颗粒复合时的状态，可以将其简单地分为三类。一类是液态的铸造方法，第二类是固态的粉末冶金方法第三类是介于液态和固态之间的喷射共沉积方法。其中采用铸造法制备铝基复合材料时容易产生增强相偏聚、基体与增强相之间发生有害的界面反应、组织粗大、成分不均匀、易吸入气体和杂质等缺点，而且增强相体积分数较低，这些缺点导致材料的力学性能降低。采用粉末冶金法能较好地避免铸造法中的一些缺陷，如体积分数可控，组织细小、成分均匀等，但粉末冶金工艺过程复杂，容易污染，材料尺寸小，生产周期长，生产效率低，这些使其广泛应用受到一定的限制。采用喷射沉积法制备金属基复合材料时工艺复杂、设备要求高，投入大，成本高。

中国专利文献CN100389213C(申请号200510044707.3)提供了一种采用合金粉末和增强颗粒混合后加热熔化进行铸造的方法制备铝基复合材料，这种方法在成形时基体材料为液态，属于液态的铸造工艺，在加热时，由于粉末中存在大量的气体，容易导致合金粉末的氧化，同时由于加热的温度较高极有可能使基体合金和增强的第二相颗粒之间发生反应，导致脆性界面的产生，降低复合材料的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题，提供一种工艺过程简单、成本低、性能较好的铝基复合材料和铝基复合材料零件的成形方法及其成形装置。

实现本发明其中一个目的的技术方案是：一种铝基复合材料或铝基复合材料零件的半固态成形方法，具有以下步骤：①将铝合金粉末与增强相粉末混合均匀，得到混合粉末。②将步骤①得到的混合粉末加入到具有规则内腔的冷压器具中进行冷压，得到与冷压器具的内腔形状相对应的复合材料的坯体。③将步骤②得到的复合材料的坯体加入加热装置中进行加热而成为半固态的固液混合物。④将步骤③得到的固液混合物注射填充到组合模具的型腔内，得到与型腔形状相对应的铝基复合材料或铝基复合材料零件。

上述步骤①中，铝合金粉末与增强相粉末的重量比为2∶1～19∶1。

上述步骤②中，通过控制料斗的阀门，将步骤①得到的混合粉末根据需要定量由料斗加入到作为冷压器具的冷压室中，冷压时，启动液压泵，使推杆以280MPa～320MPa的压力对混合粉末进行冷压压制，并保压5min～20min，而得到圆柱形的复合材料的坯体；压制时挡板处于阻挡位置。

上述步骤③中，通过将挡板由阻挡位置变换到开启位置，而由推杆将步骤②得到的复合材料的坯体推入至作为加热装置的半固态加热保温室中，然后挡板回复到阻挡位置；通过线圈加热的方法使复合材料的坯体被加热到550℃～650℃的半固态温度而成为固液混合物，然后保温10min～30min。

上述步骤④中，使挡板由阻挡位置变换到开启位置后，再次启动液压泵，而使推杆以180MPa～220MPa的压力将步骤③得到的固液混合物通过导流锥口板以及半固态成形填充通道注射填充到组合模具的型腔内。

上述步骤①中所述的增强相粉末的化学成分为SiC、TiC或者Al₂O₃。增强相粉末是由所述的相应成分的块状或颗粒状增强相物质通过机械球磨后过筛得到，粉末粒子的平均粒径为10μm～80μm。

上述步骤①中所述的铝合金粉末的成分为Al_aM_bN_c；其中M为Mg、Si、Cu、Zn中的至少一种；N为Mn、Ti、Ni、Fe、Cr中的一种或者两种或者三种；a、b、c为重量份数，且a+b+c＝100，86≤a≤99，0≤b≤13，0≤c≤1，且b和c不同时为0，1≤≤14。铝合金粉末是由雾化法制备的铝合金粉末或者是由喷射成形法得到的过喷粉末，粉末粒子的平均粒径为20μm～100μm。

上述步骤②中，冷压时的环境温度为0℃～50℃。

实现本发明另一个目的的技术方案是：一种铝基复合材料或铝基复合材料零件的成形装置，包括料斗、冷压室、推杆、液压泵、挡板、半固态加热保温室、加热线圈、导流锥口板和组合模具。所述的组合模具、导流锥口板、半固态加热保温室、挡板、冷压室、推杆和液压泵按照从左至右的顺序依次设置。