[发明专利]一种颗粒增强铝基复合材料薄板的制备方法

说明书

本发明涉及一种颗粒增强铝基复合材料薄板的制备方法，属于金属基复合材料板材制备技术领域。制备时，(1)将增强体颗粒与铝合金粉末加入到混料机中进行均匀混合，制成混合粉末；(2)将混合粉末封装于矩形铝管中进行冷压成型；(3)将带有矩形铝管的粉末板坯封装于矩形钢模具中，进行真空热压成型；(4)脱模去除钢模具，获得带有矩形铝管的复合材料板坯；(5)将板坯进行多道次热轧成型为薄材；(6)将薄材进行切边，去除铝边，得到颗粒增强铝基复合材料薄板。本发明所制备的薄板具有轻质高强、高模量等特点，而且质量稳定，制备流程短，且板材两端面无铝包裹，不需机加工，成本低，可以广泛应用于航空航天、汽车、先进武器等领域高强轻质薄板。

技术领域

本发明涉及一种颗粒增强铝基复合材料薄板的制备方法，属于金属基复合材料板材制备技术领域。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料具有高比强度和比刚度、耐磨、耐疲劳和低密度等优异的性能，欧美等发达国家已将其广泛地应用在航空航天汽车等重要领域。颗粒增强铝基复合材料薄板可以应用于飞机蒙皮，解决铝合金刚度低、疲劳寿命短等问题，比如，DWA公司用6092/SiC/17.5p复合材料代替原有的2214铝合金蒙皮，用于F-16战斗机的腹鳍，使刚度提高50％，寿命由原来的数百小时延长到至少6000h飞行时间。另外根据加入增强体种类的不同，颗粒增强铝基复合材料薄板也可作为一种功能材料，比如，B₄C/Al薄板具有吸收中子的功能，作为核屏蔽材料应用于乏燃料隔板。

与基体铝合金相比，颗粒增强铝基复合材料塑性较差、塑性加工难度大，其板材在轧制变形过程中容易出现开裂等问题。经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开报道有关颗粒增强铝基复合材料薄板的制造方法是以先挤压后包覆热轧为主，而且热轧后的板材整个表面通常带有包覆铝皮，需要二次机加工去除，该方法工艺路线长、成本高。

发明内容

本发明针对现有颗粒增强铝基复合材料薄板的制造方法的不足，提供了一种颗粒增强铝基复合材料薄板的制备方法，采用粉末冶金和热轧技术制备。

一种颗粒增强铝基复合材料薄板的制备方法，该方法包括下述步骤：

(1)将增强体颗粒与铝合金粉末按照比例加入到混料机中进行均匀混合，制成混合粉末；

(2)将混合粉末封装于矩形铝管中进行冷压成型；

(3)将带有矩形铝管的粉末板坯封装于矩形钢模具中，进行真空热压成型；

(4)脱模去除钢模具，获得带有矩形铝管的复合材料板坯；

(5)将带有矩形铝管的复合材料板坯进行多道次热轧成型为薄材；

(6)将薄材进行切边，去除铝边，得到颗粒增强铝基复合材料薄板。

步骤(1)中，增强体颗粒包括但不限于Al₂O₃、SiC、B₄C、TiC、Si₃N₄、AlN中的一种，增强体颗粒的平均粒度为1～20μm，增强体颗粒在混合粉末中体积百分含量为5％～35％；铝合金粉末为2×××系和6×××系铝合金中的任意一种合金，铝合金粉末的平均粒度为1～100μm，铝合金粉末在混合粉末中的体积百分含量为95％～65％。

步骤(2)中，所述矩形铝管材质选用2×××系铝合金，优选2024Al，矩形铝管的外形尺寸为：长200～600mm×宽100～400mm×高90～110mm，壁厚为10～40mm。

冷压成型时，冷压的压力为50～100MPa，保压时间为10～20min，冷压后粉末板坯致密度达到80％以上。

步骤(3)中，真空热压成型时，热压温度为550～650℃，加热过程中保持真空度≤1×10^-1Pa，压力为50～150MPa，保压时间为10～30min。