[发明专利]一步制备金属基轻质复合材料的方法

说明书

本发明涉及一步制备金属基轻质复合材料的方法。它是利用保压渗流和真空吸铸方法，在负压力的作用下使金属液透过多孔陶瓷或石墨板浸入空心球的间隙中，待金属液体完全浸渗之后冷却，最后脱模取出，得到含有封闭泡孔的泡沫金属基复合材料，该空心球体为Al₂O₃空心球、SiC空心球、C空心球或玻化微珠中两种及两种以上不同或相同尺寸的混合空心球。用本发明制备的金属基复合材料孔隙率可达到60％以上而显著降低密度的同时，压缩强度与同类产品相比可提高20‑50％，从而实现高强、轻质，具备阻尼减震、隔音降噪、能量吸收等多种功能性，工艺简单、工序少，对空心球颗粒种类及尺寸适应范围广，对基体金属几乎无选择，可制备不同密度的泡沫金属产品。

技术领域

本发明涉及一步制备金属基轻质复合材料的方法。具体是利用一种或一种以上不同尺寸的封闭空心球体填料，制备泡沫结构金属基复合材料的方法，所用空心球无需在模具中制备预制体，而是一步制备金属基轻质复合材料。采用此种方法制备的材料不仅具有优良的压缩性能，同时也可显著降低材料密度，从而达到轻量化目的。

背景技术

金属基复合材料是以金属或合金为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料，其在力学性能方面为横向及剪切强度较高、韧性及疲劳等综合性能较好，同时还具有导热、导电、耐磨、热膨胀系数小、阻尼性好、不吸湿、不老化和无污染等优点，但也具有造价高、密度大、制备工艺复杂等缺点。例如纤维、晶须等增强体的价格昂贵，制备工艺复杂，导致这类金属基复合材料的应用受到限制，而作为增强体的颗粒增强体价格相对低廉，基体合金可选择的范围宽，并能够采用传统工艺方法制备和二次加工，易于实现批量和大规模生产，具有很好的经济效益。近年来，高强轻质合金材料在航空、航天、汽车、建材等领域的应用越来越广泛，在不显著影响压缩性能的情况下降低金属基复合材料的密度是合金材料轻量化的主要途径。泡沫金属材料是材料轻量化的主要方向，按孔洞的结构分为通孔和闭孔两类，其中闭孔泡沫金属材料具有更好的强度，因其兼具结构材料和功能材料特性而具有广泛用途。

以空心球体填充的金属基复合材料具有轻质、高强度以及良好的缓冲吸能效果等特性。为降低密度的填充体有Al₂O₃空心球、SiC空心球、SiO₂空心球、C空心球、玻璃微珠、粉灰或其混合空心球。基体主要是铝合金，也有镁基、铁基、铜基、钛基、铅基等。根据复合材料的密度控制和空心球可溶入量，复合材料中的空心球体积分数可以达到40％-60％。

经检索发现生产金属基空心球复合材料的方法主要有以下几种：一种是中国专利CN103614586介绍的压力渗流铸造法，其借助外界压力使金属熔体渗流进入空心球间隙，但这种方法无法控制渗流进程、补缩能力差，同时由于压力作用造成铝基体密度增大；一种是粉末冶金法，将基体金属粉末、粘合剂和空心微球均匀搅拌，在一定压力下压制烧结成型，但该工艺过程复杂，空心球强度要求高且受粒径限制；一种是中国专利CN1174895A介绍的搅拌法，其利用铝及其合金为基体，以火电厂废料飞灰作为添加料的铝基复合材料，但这种方法采用机械搅拌装置致使添加料的分布不均匀，使用的飞灰粒径较小且与基体的润湿性较差，这都影响了所制复合材料的性能；还有一种方法是CN102601342A介绍的真空反重力渗流法，其通过抽真空使铸造室形成负压，金属熔体经导流部件进入空心球预制体中冷却，但此方法是以空心球预制体为骨架，金属液作为填料，从而造成压缩性能的降低，且工艺过程复杂。因此，在不影响复合材料压缩性能的前提下寻找降低金属基复合材料密度的方法，形成适用于多种合金的低成本制备方法成为急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种泡沫金属基复合材料的制造方法，它解决了一般空心球金属基复合材料成本高、密度大、制备工艺复杂的问题。用这种方法在降低金属基复合材料密度的同时，可避免其压缩性能的降低。