[发明专利]一种均匀弥散颗粒增强金属基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料科学领域，特别是涉及均匀弥散颗粒增强金属基复合材料中第二相的加工技术。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料(Particulate Reinforced Metal Matrix Composites，简称PRMMC)是金属基复合材料中的一类，是将陶瓷颗粒第二相(增强相)外加或自生进入金属基体中得到兼有金属优点(韧性和塑性)和增强颗粒优点(高硬度和高模量)的复合材料。

公知的颗粒增强金属基复合材料的制备方法主要有粉未冶金法、铸造法(预制块渗流法、机械搅拌法、高能超声复合法等)、原位复合法(Lanxid^TM法、放热弥散法、原位合成技术等)等，几种方法各有不足。粉末冶金法的缺点是工艺程序多，制备周期长，成本高，难以获得大尺寸及形状复杂件，且颗粒与基体的界面润湿性差、颗粒与基体间容易形成孔洞等缺陷，导致颗粒与基体的界面结合强度降低，影响了材料的使用性能；铸造法的缺点是不能兼顾增强颗粒的含量与均匀性，制备出的金属基复合材料性能一般较差，易带铸造缺陷；原位复合法的缺点是第二相颗粒极易在基体中形成偏聚，影响材料的加工性能。

颗粒增强金属基复合材料并没有如所预期的迅速得到广泛应用，究其原因主要包括：

(1)在颗粒增强金属基复合材料中，第二相颗粒与基体的物理性质类别差别很大，极易造成材料内部的应力不匹配；

(2)在颗粒增强金属基复合材料中，第二相颗粒的团聚或偏聚(暨显微组织不均匀)加剧了这种应力不匹配；

(3)对于显微组织不均匀的颗粒增强金属基复合材料，暨局部应力集中的颗粒增强金属基复合材料，在加工过程中因应力集中而导致复合材料的加工失效(产生加工裂纹，甚至断裂)，降低了该类材料的加工成品率；

(4)由于颗粒团聚或偏聚的第二相颗粒，在加工过程中也造成材料内部加工应力的集中，造成材料加工流变过程中应力分布的不均匀，容易导致加工过程中第二相颗粒的不均匀分布，使材料在加工过程中出现龟裂或脱皮现象，降低了材料品质；

(5)在颗粒增强金属基复合材料中，第二相颗粒的团聚或偏聚对塑性变形过程中材料内部位错的迁移有很强的阻碍作用，第二相颗粒对位错的钉扎作用引起的材料硬化现象，导致了颗粒增强金属基复合材料难以变形加工。

正是由于这些原因，造成颗粒增强金属基材料成材率低，造价昂贵，材料使用性能欠佳。

发明内容

本发明的目的是针对公知技术存在的不足而提出的一种新方法，该方法以材料大塑性变形理论为依据，通过对颗粒增强金属基复合材料的大塑性/累积变形加工，使团聚在金属基体中的第二相颗粒均匀分布(弥散)于基体中，再经后续加工制得颗粒增强金属基复合材料制品(杆材、线材、片材或带材、或零部件)，提高颗粒增强复合材料质量和成材率、降低材料加工成本。

本发明的另一目的是提供通过常规装备对颗粒增强金属基复合材料进行大塑性变形加工的技术，获得具有第二相颗粒均匀分布特点、性能优良的颗粒增强金属基复合材料。

本发明是通过下面的技术方案实现的。1、一种均匀弥散颗粒增强金属基复合材料，其特征在于：颗粒增强金属基复合材料组成范围为：基体材料为银基体、钛基体、铜基体、铝基体、铅基体、锌基体或铂族金属基体，第二相即增强相的颗粒材料为：Al₂O₃、SnO₂、ZrO₂、TiO₂、ERO即稀土氧化物、TiB₂、SiC、B₄C、AlN或Si₃N₄，按照质量百分比计，第二相即增强相颗粒在各类基体中的含量第范围为：0.1～40％。

所述的金属基复合材料为AgCeO₂复合材料、Cu/Al₂O₃复合材料、Pb/B₄C复合材料、AgY₂O₃复合材料、Al/Al₂O₃复合材料或Rh/ZrO₂复合材料。