[发明专利]一种不锈钢锅复合锅底用铝基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝基复合材料及其制备方法，尤其涉及一种用作不锈钢锅复合锅底用铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料具有比强度、比刚度高，耐磨损，热膨胀系数小，高温性能及尺寸稳定性好等优点。其主要由铝或铝合金基体和增强陶瓷颗粒组成，可通过加入不同含量的增强颗粒来设计复合材料的物理和力学性能。尤其是复合材料的热膨胀系数可在较大范围内进行调整，而普通铝合金的热膨胀系数较大且很难在较大范围进行改变。因此，颗粒增强铝基复合材料用作与具有低热膨胀系数的不锈钢进行复合制成不锈钢复合锅底相比用纯铝或铝合金制备复合锅底具有较大优势。目前已有纤维、短纤维、颗粒增强铝基复合材料实用，其中颗粒增强铝基复合材料所用的颗粒粒径也较小，制备成本较高，工艺复杂，难以在普通民用领域推广普及。

我们知道复合底不锈钢锅具有传热均匀，加热快，烹调效果好等优点。目前市场上所售的复合锅底的不锈钢锅，其复合锅底(不锈钢-铝材-不锈钢/不锈铁)中间热传导层多为铝材，如中国专利00240125.8和03139262.8等。通常复合锅底的铝材与不锈钢间采用热压钎焊而成，由于铝材与不锈钢之间的热膨胀系数差别较大，很容易在日后的使用过程中发生变形、脱层等现象，对焊接质量要求较高。此外，由于热膨胀系数差异引起的热应力也会导致传热不均匀，降低烹调效果。铝基复合材料由于可以较大范围的调整热膨胀系数，可获得与不锈钢相近的热膨胀系数，同时可保持高的热导率，用作复合锅底材料可大大降低锅底由于热膨胀系数差异引起的变形和脱层现象，还可降低对钎焊质量的要求。铝基复合材料中的颗粒呈均匀分布，可保证传热的均匀性。

颗粒增强铝基复合材料的主要制备方法有：粉末冶金法、搅拌铸造法、共喷射沉积法、挤压铸造法、原位生成法等方法，其中搅拌铸造法具有工艺简单、成本低、易于规模化生产、增强颗粒与基体界面结合好等优点，对于中等以上粒径(≥30μm)颗粒的分散效果好。目前液相法制备复合材料主要存在的问题是颗粒易于团聚、吸气夹杂、颗粒沉降或上浮、产生过度的界面反应等。解决的方法主要有改善颗粒与铝熔体间的润湿性、确定合适的搅拌工艺参数、选择适当粒径的增强颗粒和熔体复合增强颗粒的工作温度。美国专利US4786467和US4865806是在真空条件下高速搅拌下制备颗粒分布均匀铝基复合材料的，是Dural铝复合材料公司成功工业化的典范。此法可以制得颗粒分散良好的复合材料，却因工艺复杂、成本过高，难以大范围推广其产品。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有纯铝或铝合金用作不锈钢复合锅底材料，使用过程中易于变形、脱层的问题而提供了一种用于不锈钢锅复合锅底材料的铝基复合材料，本发明还提供了上述铝基复合材料的制备方法。该制备方法工艺简单、稳定，成本低廉，制备的颗粒增强铝基复合材料与不锈钢锅有较好的复合匹配性。

本发明的技术方案为：一种不锈钢锅复合锅底用铝基复合材料，其特征在于由铝基体和增强颗粒组成，增强颗粒为SiC、Al₂O₃、B₄C或SiO₂颗粒中的任意一种；增强颗粒粒径为30～100μm；增强颗粒占铝基复合材料总体积百分比为5～30％；增强颗粒在基体中分布均匀且与基体界面结合良好。

本发明还提供了上述铝基复合材料的制备方法，其具体步骤如下：

A.增强颗粒的前处理：将增强颗粒清洗，烘干后于800～1000℃电阻炉中焙烧1～6h；

B.铝基体合金的熔化：将切割好的铝基体于680～780℃熔化；加入活性元素搅拌，制得活性元素处理后的铝熔体；

C.复合材料的搅拌铸造：将处理后的颗粒通过加料装置加入活性元素处理后的铝熔体中，通过搅拌设备气氛保护条件下搅拌，最后浇铸成型。

优选步骤C中控制处理后的颗粒的温度为400-600℃；活性元素处理后的铝熔体的温度为720～780℃；颗粒加入速度为每千克熔体5～20g/min；浇铸温度720～750℃。

活性元素可用于降低熔体表面张力，改善颗粒与熔体的润湿性。优选铝熔体中添加的活性元素为Mg、Li、Ti、Ca等中任意一种，活性元素加入量为铝基体质量分数的1～4％。

所述的搅拌设备一般选择为三叶或四叶桨叶式电动搅拌机，搅拌设备的搅拌参数：搅拌桨直径与坩埚内径比为0.4～0.6，桨叶倾角为25～45°，搅拌速度为600～1000rpm；搅拌持续时间为20min～1h。所述的保护气氛为大气或惰性气氛。