[发明专利]一种多组元增强铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种多组元增强铝基复合材料的制备方法。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料因具有复合的结构特征和良好的理化及力学性能，己成为一种应用越来越广泛的新型金属功能材料。目前，在众多制备技术中，液态金属搅拌法由于所需设备简单，制造方便，生产效率高，最适合工业化大批量低成本生产，是一种很有价值的生产方法。但针对碳化硅颗粒、石墨颗粒而言，二者与铝合金的相容性差，比重相差悬殊，当加入到铝合金熔体后，容易在熔体中团聚或聚集，造成颗粒分布不均匀，严重影响铝基复合材料的性能。如何在保证铝基体性能的前提下，控制多组元颗粒增强颗粒的分布以及多组元颗粒相与铝基体的界面润湿性等特征，以保证复合材料具有组织均匀、致密，颗粒细小、弥散，材料综合性能优良等目标。解决该问题的最有效方法是采用熔体搅拌法，研究报道和工业上应用的搅拌法包括机械搅拌法、气体搅拌法和电磁搅拌法。机械搅拌法是最简单直接的方法，由于存在效率低，搅拌装置污染金属熔体并向熔体内部带渣等缺点，不利于大规模连续化生产采用及提高产品质量。气体搅拌法的不足主要是搅拌强度有限、搅拌不均匀以及喷吹气体带渣污染熔体等，也不利于提高产品质量。电磁搅拌实现无接触搅拌，不破坏熔池的氧化膜及顶渣保护层，不会给熔体带来污染，而且搅拌强度易于实现精确调控，在冶金与材料制备过程中应用越来越广泛。目前，单一电磁场搅拌作用下制备金属基复合材料己经有几个专利技术，如专利：公开号为CN200810234979，公开日为2009.3.25，发明名称为：一种组合电磁场下原位合成金属基复合材料的方法，该专利提出来用旋转磁场与行波磁场组合下合成制备颗粒增强金属基复合材料熔体。该方法是在复合材料熔池的外侧安置低频旋转磁场，磁场线圈中心与熔体中心在同一高度；在复合材料熔池的底部施加行波磁场，行波磁场线圈中心与复合材料熔池的中心在同一位置。如专利：公开号为CN200510038706，公开日为2005.9.14，发明名称为：一种工业规模制备内生颗粒增强铝基复合材料的制备方法，该专利提出来用熔体反应法+电磁搅拌处理+半连铸成型集成技术。该方法是将含有增强颗粒形成元素的化合物在某一温度下加入到熔融的铝或铝合金中，同时施加电磁搅拌，使之充分反应，并使内生颗粒在熔体中分布较均匀，获得的复合材料熔体，经半连铸成棒材。专利：公开号为CN200710134020，公开日为2008.6.18，发明名称为：异频复合电磁场下连续铸造颗粒增强金属基复合材料的方法，提出在复合材料熔体制备过程中施加低频交变磁场：频率为5-50Hz，功率范围为5-60kW，进行电磁搅拌。以上电磁场下制备颗粒增强复合材料都采用磁场搅拌，电磁场也起到明显的作用效果，但随着技术的发展及对复合材料性能、质量要求的提高，磁场搅拌下合成金属基复合材料存在的问题逐渐凸现，特别是单一磁场下搅拌，颗粒相容易出现偏聚，形成局部密集或团簇状分布，导致材料的组织性能出现不均匀性。分析该问题产生的原因如下：

由于颗粒增强相与基体金属熔体在物理性能方面存在差异，所以含颗粒增强相的金属熔体具有非均质非连续的特征，颗粒增强相与基体金属在电磁特性方面的差异使两者受到的电磁力不一致，而且由于颗粒相与基体金属液在密度、润湿性方面存在差异，颗粒相在金属熔体内容易偏聚，例如，施加旋转磁场搅拌时，若颗粒相的密度大于熔体的密度较多，颗粒相在旋转离心力的作用下，向熔体外围偏聚。施加行波磁场搅拌时，非磁性的颗粒相不受电磁力作用，在熔体上下搅拌过程中，由于颗粒相与熔体间的密度差异，颗粒相易于上浮或沉淀，增强相的收得率下降。因此，对含颗粒增强相的金属熔体施加单一磁场的电磁搅拌也很难取得非常理想的效果。

为解决单一磁场搅拌下存在的上述问题，申请者提出了将高速小漩涡剪切搅拌和多向间歇式电磁搅拌有机的结合起来制备金属基复合材料的新方法，使多组元增强颗粒相在基体熔体内得到更有效地结合并达到理想的均匀分布效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多组元增强铝基复合材料的制备方法，解决了现有的方法制备得到的多组元增强铝基复合材料组织性能不均匀的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种多组元增强铝基复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：