[发明专利]颗粒增强铝基坯锭成型及脱气处理的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种颗粒增强铝基坯锭成型及脱气处理的方法，具体为一种利用真空热压炉进行粉末冶金颗粒增强铝基复合材料坯锭成型及真空脱气处理的工艺。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料与其他轻质材料如铝、镁合金等相比，一般的具有高比强度、高比刚度、耐疲劳、低膨胀系数等突出优点，特别有益的是，还具有一定的材料性能可设计性。国内经过近十几年的研发，已经在航空航天、军事工业等领域获得应用突破，其未来具有十分广阔的发展前景。

目前，颗粒增强铝基复合材料主要的制备方法有：粉末冶金法、搅拌熔铸法、快冷沉积法、压力铸造法等。其中，粉末冶金法因具有易于设计增强体种类、粒度、含量及分布，易于控制基体与增强相间界面结合状况，材料性能重现性好等优势，成为重点发展的制备技术路线。面向未来规模化应用，粉末冶金法如何缩短生产流程、提高生产效率是应用研究的重点之一。

粉末冶金制备材料的一般生产流程为：原料粉末预处理—粉末混合—压力成坯—真空除气—热等静压成型—后续热机加工。本发明关注的对象为压力成坯及真空除气流程。压力成坯即是将混合粉末装入刚性模具或柔性包套，在压力机或冷等静压机上受压成初始坯锭；而真空除气就是将初始坯锭装入带有抽气管的密封包套，在一定温度下达到相应真空度并保温一段时间后，再封死抽气管的工艺过程。现有流程涉及压力机和脱气炉2套大型设备，其相关子工艺如修模、脱模、整形、转运等也较为繁琐。当处理单锭重量几百公斤以上级的较大坯锭或较多坯锭时，生产周期较长，生产组织协调十分不便。特别是真空除气工艺，因受限于抽气管管径（现有工艺中一般不大于10mm，若管径过大将影响封死抽气管的可靠性）真空机组不能发挥最大抽率，生产效率十分低下。

发明内容

在粉末冶金制备材料的生产流程中，本发明关注的对象为压力成坯及真空除气流程，本发明的目的是利用真空热压炉实现一种颗粒增强铝基复合材料压力成坯及真空脱气的短流程、高效率工艺。

一种颗粒增强铝基坯锭成型及脱气处理的方法，该方法包括如下步骤：

（1）将混合处理后的铝基复合材料的复合粉末装入包套中，经振动或捣实工艺，使其初装密度至理论密度50%-60%之间；

（2）将包套送入真空热压炉内的钢制支撑模具中固定；

（3）通过连接块和压力传递环及固定环，在液压压头上安装固定包套上盖，调整压头位置，使包套上盖底面与复合粉末正好接触；

（4）真空热压炉抽真空至1-9×10^-2Pa，加热至550-600℃保温3-5小时，期间真空度保持在1-9×10^-2Pa；

（5）加压，使液压压头下行距离等于相应粉体70%-75%相对密度的理论压下量，压力为5-10MPa；

（6）保温保压3-5小时；

（7）降温至150-200℃，出炉，在包套上盖与包套接缝处填丝焊接。

所述的包套和包套上盖均由纯铝或低合金元素铝合金制成，如1007、6061等铝合金。

步骤（1）中，所述的包套的外形尺寸由工艺要求坯锭大小决定，一般通过焊接制成；其端部焊接有纯铝或低合金元素铝合金，如1007、6061等铝合金制密封包套法兰，法兰最外沿有密封梯台向上凸起，间隔3mm还有另一个密封梯台向上凸起（共两环同样梯台）。所述的密封梯台凸起的高为5-10mm，顶宽为3mm，斜边角度为3-5度。装粉后，密封法兰及凸台均应使用物理或化学方法进行表面清洁处理。

步骤（2）中，所述的钢制支撑模具内径等于包套外径，壁厚等于大于包套法兰宽度，确保发挥支撑作用。

步骤（3）中，所述的压力传递环为钢制圆环，圆环通过6-12根的钢制压力传递辐条与液压压头上的固定环相连。

步骤（3）中，所述的包套上盖，其底面直径略小于包套内径，其上端开口最大直径等于包套内径，其高度由工艺要求压下量加上法兰厚度决定。其端部焊有与包套类似的密封法兰及梯台。即包套上盖的端部焊接有纯铝或低合金元素铝合金（如1007、6061等）制的密封上盖法兰，距法兰外沿3毫米处有密封梯台向下凸起，密封梯台向下凸起的高为5-10mm，顶宽为3mm，斜边角度为3-5度；密封梯台内侧（其后）为倒梯形的密封凹槽，梯形凹槽尺寸使包套法兰上的密封梯台正好嵌入，具体示意见附图2。同包套一样，包套上盖的密封法兰及密封梯台均应使用物理或化学方法进行表面清洁处理。