[发明专利]一种SiCp /Al碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法

说明书

一种SiCp/Al碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括碳化硅氧化、球磨混合、装模预压、热压烧结、热挤压和热处理的步骤，先对碳化硅颗粒进行高温氧化处理，使碳化硅颗粒的表面生成SiO₂，然后将氧化碳化硅颗粒、镁粉和铝合金粉混合后进行处理，并且控制了镁粉在基体粉末中的质量比不超过8%，能够保证在复合材料的界面处原位生成MgAl₂O₄相，通过热挤压提高复合材料致密度，改善碳化硅颗粒均匀分布，从而制得了SiCp/Al碳化硅颗粒增强铝基复合材料，改善增强体与基体的浸润性，提升复合材料强韧性，在比强度、比模量、耐磨性和热稳定性等方面都比现有的碳化硅颗粒增强铝基复合材料取得了明显提升，可与多种材料匹配，广泛用于航空航天、汽车等行业。

技术领域

本发明涉及碳化硅颗粒增强铝基复合材料领域，尤其涉及一种SiCp /Al碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法。

背景技术

铝基复合材料是应用最广泛的金属基复合材料，金属基复合材料是国家重大战略需求与国民经济建设需求迫切的一种工程材料。碳化硅颗粒增强铝基复合材料是应用于汽车工业、高端装备的重点新材料，其中SiCp/Al 复合材料能够应用于高速汽车、列车和惯导高端装备。随着高铁速度提高和惯性器件向着更加高性能化和高可靠性等方向发展，要求其关键部件在保持基本功能特性的同时具有更加优异的力学性能，现有的碳化硅颗粒增强铝基复合材料在比强度、比模量、耐磨性和热稳定性等方面仍具有不足，因此研发具有更优异性能的碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种SiCp /Al碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，提升碳化硅颗粒增强铝基复合材料的性能。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种SiCp /Al碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、碳化硅氧化

对碳化硅颗粒进行高温氧化处理，加热温度900～1300℃，加热时间2～8h，使碳化硅颗粒的表面生成SiO₂，得到氧化碳化硅颗粒；

步骤二、球磨混合

将镁粉和铝合金粉混合作为基体粉末，镁粉在基体粉末中的质量比不超过8%，将基体粉末和步骤一得到的氧化碳化硅颗粒加入球磨罐内，在室温条件下进行球磨，球磨速度180～260 r/min，球磨时间10～24h，得到混合料，混合料内氧化碳化硅颗粒的体积分数为（15～30）Vol.%；

步骤三、装模预压

将步骤二得到的混合料装入模具，将模具放入真空热压烧结设备内抽真空，然后进行加热除气，加热温度400～500℃，除气时间30～90min，然后在压力120～150MPa下进行预压，得到致密度不低于75%的预压成型件；

步骤四、热压烧结

将步骤三得到的预压成型件在30min内加热至560～620℃，在40～80MPa压力下保温2～4h，然后降至常压并降温至500℃，再随炉降温至150℃以下，得到热压成型件；

步骤五、热挤压

将步骤四得到的热压成型件放入热挤压模具内，通过压力机进行热挤压，空冷至室温后得到热挤压型材；

步骤六、热处理

对步骤五得到的热挤压型材在490～515℃的条件下进行固溶处理1～3h，然后进行20～30 °C的水淬处理，最后于170～200℃的条件下进行时效处理2～12h，即得到SiCp/MgAl₂O₄/Al复合材料。

步骤一中，碳化硅颗粒的粒径为：5～15μm，步骤二中，铝合金粉为2000系铝合金粉，粒径为8～12μm。

步骤二中，向球磨罐内加入硬脂酸作为过程控制剂，并向球磨罐内加入玛瑙球作为磨球，磨球直径为5～15mm，球料比为2:1～8:1。