[发明专利]一种用泡沫金属中间层制备梯度功能材料的方法

说明书

一种用泡沫金属中间层制备梯度功能材料的方法，属于复合材料领域

公知的梯度功能材料的制备方法主要有化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PCD)、等离子喷涂、激光熔覆、高温自蔓延合成(SHS)、粉末烧结等，但存在制备工艺手段复杂、周期长，产品性能价格比低，设备昂贵、不能制备大块材料等问题。离心铸造梯度复合材料是一种短流程、低成本的梯度复合材料制备方法，近年来发展迅速，出现了离心铸造自生和人工梯度复合材料，但自生梯度复合材料由于受材料体系的限制，决定了其应用面的狭窄；而人工梯度复合材料却在其梯度结构上存在缺陷，即在离心力场和凝固条件下，有密度差的两种材料的分布并非完全意义上的梯度分布，只能在其断面的某一部分形成较为理想的梯度结构，特别是两组成物密度差较大时，更是如此。

本发明的目的是采用离心力-泡沫金属中间层法，通过泡沫金属中间层在离心力场中对第二相离子迁移、沉积的减缓作用获得具有完整梯度结构的梯度材料，该材料成品的结构、成分、性能呈完整的梯度分布，且工艺流程简单，可制备大块梯度材料。

本发明通过以下技术方案来实现。

图1是本发明的工艺流程图。

采用预先处理的陶瓷粉粒(氧化铝、碳化硅、氮化硅等)、熔融基体金属作为原料，预先搅拌混合，浇入装有泡沫金属中间层和具有预热温度的离心模管中，高速旋转，在离心力及泡沫金属的渗流、吸附、阻挡的作用下，液态金属与粒状陶瓷通过泡沫金属中间层的孔隙进行渗透、对流、换位，利用泡沫金属中间层对物质迁移沉积的减缓，来实现内、外圆周处和泡沫金属中间层及其附近的的梯度连接，通过对泡沫金属中间层及过程的控制，获得完整的热应力缓解型梯度结构的材料。

陶瓷粉粒的预处理，采用表面化学镀均匀的金属(镀镍或铜)层。泡沫金属中间层的制备是采用压力渗流法，分两步进行，首先将石膏粉制成0.5-2mm的颗粒，在每8-12克石膏粒中添加1克有机溶剂作为粘合剂，在450-500℃温度下烧结2-5小时，得到预制块；第二步将预制块放入模子一起在400℃温度下预热，将熔化的金属液浇入，在1-10兆帕压力下使金属渗入预制块中，最后用水将石膏溶掉，即得到泡沫金属。

各工序技术条件如下：

1、陶瓷粉粒粒度；50--200目

2、原料预热温度：400—600℃；

3、混合搅拌速度：100—300转/分

4、浇铸温度：大于基体金属熔点20—100度；

5、型模预热温度：0.5-0.8倍的基体金属熔点；

6、中间层泡沫金属：通孔，孔隙率为50—80％，孔径0.1—10mm；

7、离心机转速：1000—2500转/分；

与现有技术相比本发明具有的优点及积极效果：

1、可以获得梯度结构完整的梯度材料；

2、可以制备大块的梯度材料；

3、所需设备条件简单，能实现规模化生产。

实施例一：

氧化铝粉粒(100目)进行表面化学镀镍处理后与坩埚一起预热到450度，与熔融铸铝101(ZL101)合金混合，以100—200转/分的速度搅拌混合均匀，浇入预热400度、高速旋转的离心型模，离心型模中预置孔隙率70％、孔径0.5mm的泡沫铜，控制离心转速为2000转/分，可获得结构完整的氧化铝—泡沫铜中间层—铸铝合金梯度功能材料。

实施例二：

碳化硅粉粒(150目)进行表面化学镀铜后，与坩埚一起预热到600度，与熔融普通黄铜混合，以100—200转/分的速度搅拌混合均匀，浇入预热650度、高速旋转的离心型模，离心型模中预置孔隙率70％、孔径0.5mm的泡沫铜，控制离心转速为2000转/分，可获得结构完整的普通黄铜—泡沫铜中间层—碳化硅梯度功能材料。