[发明专利]一种圆桶形多层复合材料铸件的制备方法

说明书

本发明公开一种圆桶形多层复合材料铸件的制备方法，属于金属基复合材料制备技术领域。所述方法为将铝合金放入熔炼炉中熔炼为金属液，一部分保持液态，另一部分降温至半固态区间保温，并加入B₄C陶瓷颗粒，搅拌使之均匀分散于半固态浆料中，再将铝合金液升温至高于熔点的温度，备用；离心铸造机模具预热，启动离心铸造机，浇入含有B₄C陶瓷颗粒的铝合金液并使之成型,待其凝固完成但仍处于高温时，再浇入不含陶瓷颗粒的铝合金，成型凝固得到铸件。该铸件具有三层结构，其中外层、内层均为铝合金，中间层为复合材料，且中间层与内、外层界面的B₄C呈梯度分布。本发明所述方法获得的金属基复合材料强度、塑性和弹性模量综合性能优异。

技术领域

本发明涉及一种圆桶形多层复合材料铸件的制备方法，属于金属基复合材料制备技术领域。

背景技术

传统合金材料的比强度、比模量已达到极限，无法进一步满足当前先进装备所需材料的性能要求和使用要求。而颗粒增强金属基复合材料是21世纪最具有发展前途的先进材料之一。该复合材料具有高比强度、高比刚度、高比模量、以及良好的高温性能，并且颗粒增强金属基复合材料耐磨、耐疲劳、热膨胀系数低、导热性能良好。但常规陶瓷颗粒增强金属基复合材料往往是随着陶瓷颗粒增加，虽然强度和弹性模量增加，但是塑性和韧性大大降低，影响了其推广应用。

中国发明专利CN102527978A通过利用双浇包浇注与传统离心铸造相结合的方法，实现缸套径向外层为轻合金材料，内层为颗粒增强复合材料的双层材料发动机缸套的铸造成形。但内层复合材料层还是存在脆性大的问题，当内表面受到大载荷或强烈冲击等作用时，容易出现裂纹萌生和快速扩展等问题。

中国发明专利CN101338704A所述缸套基体为Al-Si合金，熔炼金属液时加入Mg，使之形成初晶Si与Mg₂Si混合的增强颗粒，通过离心铸造使增强层向往分布，非增强层向内分布，二者形成冶金结合。但居于外层的复合材料仍然存在脆性大的问题，当构件外表面受到大载荷或强烈冲击等时，还是容易出现裂纹萌生和快速扩展等问题。

发明内容

针对常规陶瓷颗粒增强金属复合材料塑性韧性差的问题，本发明的目的在于提供一种高强韧高模量圆桶形多层复合材料铸件的制备方法，具体步骤如下：

(1)将铝合金放入熔炼炉中熔炼为金属液，一部分保持液态，另一部分降温至半固态区间保温，并加入B₄C陶瓷颗粒，搅拌使之均匀分散于半固态浆料中，再将铝合金液升温至高于熔点的温度，备用。

(2)离心铸造机模具刷涂料并预热，启动离心铸造机，浇入含有B₄C陶瓷颗粒的铝合金液并使之成型,待其凝固完成但仍处于高温时，再浇入不含陶瓷颗粒的铝合金，并使之成型凝固。

(3)待铸件冷却后，将铸件从离心铸造机内取出，获得桶形复合材料铸件。

优选的，本发明所述高强韧高模量圆桶形多层复合材料铸件的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的金属基体为2系、5系、7系铝合金。

优选的，本发明步骤(1)中的B₄C陶瓷颗粒粒度为5～100μm。

优选的，步骤(1)中陶瓷颗粒体积含量为半固态浆料总体积含量的10％～50％。

优选的，步骤(1)中金属的熔炼温度为液相线以上50～100℃。

优选的，步骤(2)中离心铸造工艺为:转速为500～4000r/min，时间为3～60min。

优选的，步骤(2)中离心铸造模具预热温度为200～550℃。