[发明专利]一种局部增强的金属基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种局部增强金属基复合材料的制备方法，特别涉及一种挤压铸造局部增强的金属基复合材料的制备方法。

背景技术

金属基复合材料是以金属材料作为基体材料，以高强度的第二相材料作为增强相而制成的复合材料。目前挤压铸造法是实现金属基复合材料的方法之一，此方法所获得的铸件内部致密、机械性能优良，挤压铸造通常没有浇冒口，毛坯精化，铸件尺寸精度高，材料的利用率高，因而具有良好的发展前景。目前此技术在有色金属上的应用已取得了显著的效果。然而，对于高熔点金属，比如铜、钢铁、镍基高温合金等，由于熔点比有色金属高很多，而且挤压铸造模具中冷却速度快，流动性差，使模具的工作条件十分恶劣，寿命较低，同时操作困难，工艺窗口窄，所以极大限制了这些金属挤压铸造的开展。

发明内容

为解决用挤压铸造法制造高温金属基复合材料时，因金属液冷却速度快，流动性差，以致于不能充分和足够深地浸渗入增强相中，导致复合层不够厚，且模具寿命低，操作困难等关键性问题，本发明提供一种局部增强的金属基复合材料的制备方法。

本发明通过下列技术方案实现：一种局部增强的金属基复合材料的制备方法，包括下列各步骤：

A．制备带有绝热层的模具，并预热到100～500℃备用；

B．将增强相预制坯预热到200～1200℃置于步骤A所得带有绝热层的模具中；

C．将金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在1～200MPa下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。

所述步骤A中制备带有绝热层的模具是通过将粒度大于50目的陶瓷颗粒和粘结剂按质量比为2～5︰1混合均匀后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为1～20mm的致密陶瓷层，得到带有绝热层的模具。

所述陶瓷颗粒为二氧化硅、刚玉和/或锆英砂陶瓷颗粒。

所述粘结剂为市购水玻璃、硅溶胶、硅酸乙酯水解液或磷酸铝。

所述步骤B中的增强相预制坯为陶瓷颗粒、金属颗粒和/或纤维。其中，陶瓷颗粒为碳化钨、氧化铝、碳化硅或碳化钛；金属颗粒为镍、铁、铜；纤维为碳化硅纤维、氧化铝纤维。

所述步骤B中的增强相预制坯的厚度为2～25mm。

本发明具有以下有益效果和优点：

1、致密的陶瓷涂层可以达到精密铸造的等级，具有足够的强度，且厚度可根据实际需求而改变；

2、以改变陶瓷层的预热温度，来控制基体金属的流动性；

3、在保证增强相的相变点不改变的情况下，可适当提高预热温度以提高浸渗效果；

4、利用致密陶瓷层的绝热能力，可减缓金属熔体的温度和冷却速度；

5、本发明解决了高熔点金属挤压铸造时模具寿命短的问题，且制备方法简单，容易操作，用常规的挤压铸造设备即可实现，适合工业化生产。

附图说明

图1是实施例1所得碳化钨颗粒局部增强的灰铸铁基复合材料的金相组织图；

图2是实施例2所得氧化铝颗粒局部增强的钢基复合材料的金相组织图。

具体实施方式

下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实例并不限制本发明的保护范围。

实施例1

A．通过将粒度为270目、粒度为140目、粒度为70目的二氧化硅陶瓷颗粒和粒度为150目的锆英砂陶瓷颗粒混合，并和硅溶胶按质量比为4︰1混合均匀后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为15mm的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具，并预热到400℃备用；

B．将粒径为80目的碳化钨颗粒作为增强相预制坯预热到480℃置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为25mm；

C．将灰铸铁金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在200MPa下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。

实施例2

A．通过将粒度为270目、粒度为140目的二氧化硅陶瓷颗粒和粒度为240目、粒度为180目的刚玉陶瓷颗粒混合，并和水玻璃按质量比为2︰1混合均匀后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为20mm的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具，并预热到300℃备用；

B．将粒径为80目的氧化铝颗粒作为增强相预制坯预热到1200℃置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为10mm；