[发明专利]一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，特别涉及一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法。

背景技术

在铝合金强化手段中，颗粒强化是极其重要的强化手段。而在众多强化材料中，SiCp因其成本低、资源丰富、性能优良而更具有应用价值。目前，SiCp颗粒增强铝基复合材料常用的制备方法主要有粉末冶金法、喷射沉积法、半固态加工法、搅拌铸造法、液态金属浸渗法、挤压铸造法等。其中，搅拌铸造法相比于其他制备法，具有工艺简单、设备简易、成本低、能够进行批量工业化生产等特点而受到了广泛关注。

搅拌铸造法制备SiCp颗粒增强铝基复合材料，必须要解决好两个瓶颈问题，一是SiCp颗粒在铝合金熔体内是否均匀分布？二是SiCp颗粒与基体金属是否良好润湿？这两个问题能否解决或者解决的好坏程度，关系到SiCp颗粒增强铝基复合材料能否获得广泛应用，意义重大。

1968年，印度国家科学实验室的S.Ray等人^[1]通过用搅拌釜搅拌的方法将Al₂O₃颗粒加入到铝液中制备出Al₂O₃颗粒増强铝基复合材料，标志着机械搅拌铸造过程的诞生。Harnby N等人^[2]研究了不同形式的揽拌器对强化颗粒的分布影响。张恩霞^[3]采用压力铸造的方法制备出了结构较为复杂的ZL102复合材料压铸件。康永林等人^[4]将熔化后的镁合金调整到610℃后，将SiCp颗粒压入镁合金熔体内，通过搅拌、静置后浇铸制得性能良好的复合材料。袁广江等人^[5]将铝锭加热熔化、除气后将SiCp粉末注入铝液上部，真空中搅拌后浇铸制得性能优良的复合材料。

在20世纪70年代，美国马萨诸塞州科学技术实验室^[6]，将合金温度控制在液相线和固相线之间，使合金保持在半固态状态，然后将颗粒加入合金中，标志着半固态搅拌法制备复合材料技术的诞生。白莉、李沛沛等人^[7]采用机械搅拌半固态法研究了SiCp颗粒增强铅基复合材料微观组织结构及力学性能，但是明确指出SiCp颗粒分散均匀性较差。胡启耀等人^[8]采用机械搅拌半固态浆料法制备了SiCp /A356复合材料，指出其半固态固相率对SiC颗粒的加入与分布有重要影响；曾国勋等人^[9]对液相搅拌铸造法制备的SiCp/Al复合材料的界面和力学性能进行了分析研究，结果表明，SiCp/Al的界面结合是性能良好的冶金结合，SiCp能提高铝基体的拉伸强度，同时显著提高铝基体的室温硬度与高温硬度。胡海萍等人^[10]应用氩气保护、液固二相搅拌铸造法制备了SiCp增强的Al基复合材料，得到的复合材料中未发现结团和宏观气孔，材料的弹性模量、屈服强度较基体材料有很大提高。王蕾等人^[11]研究讨论了用液固二相搅拌铸造法制造SiCp/Al复合材料的工艺，结果表明，用多层螺旋倾斜叶片搅拌棒对熔体以适当的速度搅拌，可增加SiCp的复合量。

虽然液态机械搅拌法和半固态机械搅拌法制备SiC颗粒增强铝基复合材料取得了很大成就，但是由于机械搅拌不可避免会对熔体产生二次污染，同时，有些研究也指出^[14]，用液固二相搅拌法制成的复合材料，力学性能并没有明显提高，有的还有些下降。这是由于在液固二相熔体中气体和夹杂物不易排除，正是由于这些缺陷的存在，机械搅拌法应用受到了很大的限制。