[发明专利]一种硅铝复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金工艺生产硅铝复合材料技术领域，特别提供了一种以粉末冶金方法制备硅铝复合材料的技术。

背景技术

铝合金具有比重轻、比强度高和良好的耐蚀性等优点，且地球上铝资源含量丰富，因而显示出广阔的应用前景。硅是铝合金中用量最大的合金化元素，就铸造铝合金而言，铝硅合金占有重要的地位，其用量占铝合金铸件总产量的80％以上，对铝硅合金的研究也吸引了众多学者的关注。

硅铝复合材料拥有更小的密度和更低的热膨胀系数，也更耐蚀，同时还具有很好的耐磨性。基于以上的优点，硅铝复合材料可用于制造内燃机活塞，显著提高内燃机的功率和速度，这顺应了目前内燃机向高功率、高速度发展的趋势，也更节省燃料，降低污染。目前国外己有硅铝复合材料牌号，如美国A390、日本AC9A.AC8A等，己经进入批量生产阶段。日本的摩托车活塞已全部选用这种材质的合金，并扩大应用于载重汽车，在小轿车上也有应用。在澳大利亚，硅铝复合材料A390已用作全铝汽车汽缸的砂型和硬模铸件。我国至今仍以共晶型硅铝复合材料作为活塞主导材料。不过，部分企业也已将硅铝复合材料投入应用，但我国目前仍没有自己的硅铝复合材料牌号。

传统的硅铝复合材料生产方式为铸造，在冷却过程中，由于硅铝复合材料的微观组织中通常存在五瓣星形状、板片状、八面体和其它复杂形貌的初生硅，这些分布在该合金基体中的较粗大初生硅，严重地割裂了合金基体，在外力作用下，合金中的硅相尖端和棱角部位易引起局部应力集中，从而明显降低了合金的力学性能，尤其是影响其塑性、强度及耐磨性的提高，从而降低了合金的性能。另一方面，随着硅含量的增加，合金结晶温度范围变宽、其铸造加工性能变差，一味依靠传统铸造方法制备高硅铝合金的性能不能满足当前对于高硅铝合金应用需求。因此要想提高硅铝合金的性能，必须想办法改善初生硅的形貌及尺寸。

为了改善初晶硅的大小及它在基体中的分布，研究者主要从变质细化处理、改进制备工艺这两个方面来解决这一问题，目前主要的方法有变质细化处理、半固态成形、喷射沉积等方法，但变质细化处理由于大量变质剂的加入不但增加了制备成本，还引入了杂质，一定程度上降低了合金的性能，半固态成型因为设备复杂，生产成本高而难以普及，而喷射沉积技术又难以生产大尺寸的硅铝复合材料。

粉末冶金作为一种新兴的材料生产技术，可以细化晶粒、抑制初生硅晶粒的长大，从而大幅度提高硅铝复合材料的性能。其工艺流程如下：水雾化铝硅合金粉—冷等静压—烧结—(必要时加工或整形)—挤压—热处理—后续处理—成品。但是因为铝和硅的润湿性不好，利用传统的粉末冶金工艺制备硅铝复合材料时烧结过程进行不完全，烧结致密度不高，从而大大影响最终成品的机械性能。

发明内容

本发明提供一种硅铝复合材料及其制备方法，结合粉末冶金工艺，利用粉末冶金所具有的晶粒细小，成分分布均匀，易于大规模生产的先天优势；结合铝合金活化烧结技术并加入锡元素产生液相促进硅铝复合材料的烧结，最终提高粉末冶金方法制备硅铝复合材料的性能。

本发明提供一种硅铝复合材料，包括以下组分，各组分的重量表示如下：

其中，所述水雾化铝硅合金粉中的硅含量为12.6％～30％。

其中，所述水雾化铝硅合金粉粒径为20～24um。

其中，包括以下组分，各组分的重量表示如下：

一种如权利要求1-4任一项所述的硅铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1S：将各组分按预定比例倒入器皿盘中搅拌，得到混合粉；

2S：将混合粉倒入混料机或滚动球磨机中，加入不锈钢球，球料比为3:1，混合10～20小时后取出，得到混合均匀的粉末；

3S：将混合均匀的粉末装入包套中冷等静压，冷等静压的压力为180～220Mpa，保压时间5～10分钟，制得压坯；

4S：将压坯从包套中取出，放入气氛烧结炉中，控制气氛烧结炉升温至烧结温度540℃～580℃，在氮气保护下进行保温；

5S：冷却至300℃以下取出，得到烧结体，将烧结体去表皮，并加工成预定直径40-180mm的烧结体棒材；

6S：将烧结体棒材放入挤压机热挤压成型材，挤压温度为425℃～450℃，挤压速度为5～10mm/s；

7S：将挤压后的型材置于箱式电阻炉内热处理，热处理温度为490℃～510℃，保温7～9小时，然后在60～100℃的水中淬火；

8S：将淬火过的合金在油浴中时效处理，时效温度为160℃～180℃，保温10-14小时。