CN100346903C - 一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法 - Google Patents

一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法 Download PDF

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Abstract

一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法，它涉及一种提高金属基复合材料质量的方法。本发明解决了采用挤压铸造法制造金属基复合材料，存在预制件易开裂问题。该方法包括以下步骤：将装有预制件(1)的压铸模具(2)放在加热炉(5)中，在预制件(1)上放置滤网(4)并浇入液态金属(6)；滤网(4)的制作方法是：将直径为0.1～100μm、长度为5μm～100mm的陶瓷材料在蒸馏水或无水乙醇中分散，采用凝胶—溶胶法，在陶瓷材料表面包覆质量占陶瓷材料总质量1～5%的难溶金属氢氧化物，模压成型，烧结，制得高度为10～30mm、网孔体积占滤网(4)总体积60～80%的滤网(4)，采用该方法可保证复合材料质量。

Description

一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法
技术领域
本发明涉及一种提高金属基复合材料质量的方法，具体涉及一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法。
背景技术
金属基复合材料具有高强度、高模量和低热膨胀系数等优异的性能，近年来受到普遍重视，已在航空航天、汽车、体育用品等领域得到应用。制造金属基复合材料的方法目前大至可分两种，一种为粉末冶金方法，即将金属或合金粉末与增强相均匀混合后，压型、浇铸，此种方法因原料特别是金属粉末价格昂贵，制造工艺复杂、成本较高，同时由于粉料颗粒表面的氧化皮，会导致金属基复合材料韧性降低；另一种方法即为铸造法，为实现增强相与金属的复合通常采用挤压铸造方法，虽然工艺较为简单，但由于增强相与基体的润湿性较差，在挤压铸造过程中容易导致预制件开裂，常常不能制备出高质量的复合材料。如何提高复合材料制备质量，是复合材料应用的一个至关重要的问题。
发明内容
本发明的目的是为解决已有采用挤压铸造法制造金属基复合材料，存在金属基复合材料在挤压铸造过程中，预制件容易开裂，质量难以保证问题提供的一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法。该方法包括下述步骤：a、将装有预制件1的压铸模具2放在加热炉5中；b、在所述的预制件1上放置滤网4；c、将液态金属6浇到滤网4上后施压，所述的滤网4由直径为0.1～100μm、长度为5μm～100mm的陶瓷材料制成，所述的滤网4的制作方法是这样完成的：将直径为0.1～100μm、长度为5μm～100mm的陶瓷材料在蒸馏水或无水乙醇中分散，采用传统的凝胶-溶胶法，利用可溶性金属无机盐或醇盐滴加碱性试剂在陶瓷材料表面包覆难溶金属氢氧化物，包覆在陶瓷材料表面的难溶金属氢氧化物的质量占陶瓷材料总质量的1～5％，模压成型，在温度为500～1100℃之间烧结5～20h，制得的滤网4的网孔体积占滤网4总体积的60～80％，滤网4的高度为10～30mm。
本发明具有以下有益效果：一、将滤网放置在预制件上，在挤压铸造过程中，可保证液态金属不直接与预制件接触，液态金属通过滤网后，形成众多的液态金属“细流”，极大地降低了液态金属对预制件的冲击，有利于液态金属浸入预制件，从而有效地避免了预制件的开裂，同时还可保证液态金属浇铸均匀。在浇铸过程中，还可过滤液态金属中的杂质，从而大大提高了金属基复合材料质量。二、采用凝胶-溶胶法在陶瓷材料表面包覆难溶金属氢氧化物，利用模压成型和烧结的方法制成滤网，所制成的滤网的耐压强度可达30～40Mpa。三、实验表明，没有采用本发明的滤网，在预制件上直接浇铸液态金属获得的金属基复合材料，有时存在金属带和缺陷，其抗拉强度低于50MPa；采用本发明的滤网，通过滤网浇铸预制件，其复合材料表面光滑，无金属带和缺陷，金属基复合材料的抗拉强度高于300MPa。四、本发明的方法简单，容易操作，用一般的挤压铸造设备即可实现，特别适合工业化生产。
附图说明
图1是本发明在预制件1上放置滤网4后进行挤压铸造的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由下述步骤完成：a、将装有预制件1的压铸模具2放在加热炉5中；b、在所述的预制件1上放置滤网4；c、将液态金属6浇到滤网4上后施压，所述的滤网4由直径为0.1～100μm、长度为5μm～100mm的陶瓷材料制成，所述的滤网4的制作方法是这样完成的：将直径为0.1～100μm、长度为5μm～100mm的陶瓷材料在蒸馏水或无水乙醇中分散，采用传统的凝胶-溶胶法，利用可溶性金属无机盐或醇盐滴加碱性试剂在陶瓷材料表面包覆难溶金属氢氧化物，包覆在陶瓷材料表面的难溶金属氢氧化物的质量占陶瓷材料总质量的1～5％，模压成型，在温度为500～1100℃之间烧结5～20h，制得的滤网4的网孔体积占滤网4总体积的60～80％，滤网4的高度为10～30mm。
本实施方式中，所使用的碱性试剂是NH3·H2O、NaOH或KOH，所包覆的难溶金属氢氧化物是Al(OH)3、Ni(OH)2、Cu(OH)2、Co(OH)3或Zn(OH)2，液态金属是Fe、Cu、Mg、Al、Zn或Ni。
具体实施方式二：本实施方式的滤网的制作方法中，所述的陶瓷材料是直径为5～15μm、长度为100μm～100mm的陶瓷纤维，所述的陶瓷纤维是SiC、B、Al2O3、Si3N4或TiN。采用上述结构参数和原料，可保证制成的滤网4具有足够的强度。滤网4的制作方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式的滤网的制作方法中，所述的陶瓷材料是直径为0.1～30μm、长度为5μm～10mm陶瓷晶须，所述的陶瓷晶须是SiC、AlN、Al18B4O33、Si3N4、Mg2B2O5、CaCO3或K2Ti6O13。采用上述结构参数和原料，可保证制成的滤网4具有足够的强度。滤网4的制作方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式的滤网的制作方法中，所述的陶瓷材料是直径为1～100μm的陶瓷颗粒，所述的陶瓷颗粒是Fe3O4、NiFe2O4、Al2O3、SiC、Al18B4O33、Si3N4、AlN、B4C或TiC。采用上述结构参数和原料，可保证制成的滤网4具有足够的强度。滤网4的制作方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式的滤网的制作方法中，所述的陶瓷材料由直径为5～15μm、长度为100μm～100mm的陶瓷纤维和直径为0.1～30μm、长度为5μm～10mm的陶瓷晶须混合而成，所述的陶瓷纤维和陶瓷晶须混合的体积比为20～1∶1～20，所述的陶瓷纤维是SiC、B、Al2O3、Si3N4或TiN，所述的陶瓷晶须是SiC、AlN、Al18B4O33、Si3N4、Mg2B2O5、CaCO3或K2Ti6O13。采用上述参数和原料，可保证制成的滤网4具有足够的强度。滤网4的制作方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式的滤网的制作方法中，所述的陶瓷材料由直径为5～15μm、长度为100μm～100mm的陶瓷纤维和直径为1～100μm的陶瓷颗粒混合而成，所述的陶瓷纤维和陶瓷颗粒混合的体积比为10～1∶1～5，所述的陶瓷纤维是SiC、B、Al2O3、Si3N4或TiN，所述的陶瓷颗粒是Fe3O4、NiFe2O4、Al2O3、SiC、Al18B4O33、Si3N4、AlN、B4C或TiC。采用上述参数和原料，可保证制成的滤网4具有足够的强度。滤网4的制作方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式的滤网的制作方法中，所述的陶瓷材料由直径为0.1～30μm、长度为5μm～10mm的陶瓷晶须和直径为1～100μm的陶瓷颗粒混合而成，所述的陶瓷晶须和陶瓷颗粒混合的体积比为20～1∶1～5，所述的陶瓷晶须是SiC、AlN、Al18B4O33、Si3N4、Mg2B2O5、CaCO3或K2Ti6O13，所述的陶瓷颗粒是Fe3O4、NiFe2O4、Al2O3、SiC、Al18B4O33、Si3N4、AlN、B4C或TiC。采用上述参数和原料，可保证制成的滤网4具有足够的强度。滤网4的制作方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式的滤网的制作方法中，陶瓷材料由直径为5～15μm、长度为100μm～100mm的陶瓷纤维；直径为0.1～30μm、长度为5μm～10mm的陶瓷晶须和直径为1～100μm的陶瓷颗粒混合而成，所述的陶瓷纤维的体积占总混合物体积的70～20％，陶瓷晶须的体积占总混合物体积的70～20％，陶瓷颗粒的体积占总混合物体积的40～5％，陶瓷纤维是SiC、B、Al2O3、Si3N4或TiN，所述的陶瓷晶须是SiC、AlN、Al18B4O33、Si3N4、Mg2B2O5、CaCO3或K2Ti6O13，所述的陶瓷颗粒是Fe3O4、NiFe2O4、Al2O3、SiC、Al18B4O33、Si3N4、AlN、B4C或TiC。采用上述参数和原料，可保证制成的滤网4具有足够的强度。滤网4的制作方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式的滤网的制作方法中，包覆在陶瓷材料表面的难溶金属氢氧化物的体积占陶瓷材料总体积的3％，制得的滤网4的网孔体积占滤网4总体积的70％，滤网4的高度为20mm。所制成的滤网4不仅具有足够的强度，同时在使用时还可使液态金属6形成众多的“细流”。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式在b步骤和c步骤之间还增加有b′步骤：将钢套3装在所述的滤网4和所述的预制件1的外端面上。可防止预制件1和滤网4相对移动影响金属基复合材料的质量。

Claims (10)

1、一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法，其特征在于它包括下述步骤：a、将装有预制件(1)的压铸模具(2)放在加热炉(5)中；b、在所述的预制件(1)上放置滤网(4)；c、将液态金属(6)浇到滤网(4)上后施压，所述的滤网(4)由直径为0.1～100μm、长度为5μm～100mm的陶瓷材料制成，所述的滤网(4)的制作方法是这样完成的：将直径为0.1～100μm、长度为5μm～100mm的陶瓷材料在蒸馏水或无水乙醇中分散，采用传统的凝胶-溶胶法，利用可溶性金属无机盐或醇盐滴加碱性试剂在陶瓷材料表面包覆难溶金属氢氧化物，包覆在陶瓷材料表面的难溶金属氢氧化物的质量占陶瓷材料总质量的1～5％，模压成型，在温度为500～1100℃之间烧结5～20h，制得的滤网(4)的网孔体积占滤网(4)总体积的60～80％，滤网(4)的高度为10～30mm。
2、根据权利要求1所述的一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法，其特征在于滤网的制作方法中，所述的碱性试剂是NH3·H2O、NaOH或KOH，所述的难溶金属氢氧化物是Al(OH)3、Ni(OH)2、Cu(OH)2、Co(OH)3或Zn(OH)2。
3、根据权利要求1所述的一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法，其特征在于滤网的制作方法中，所述的陶瓷材料是直径为5～15μm、长度为100μm～100mm的陶瓷纤维，所述的陶瓷纤维是SiC、B、Al2O3、Si3N4或TiN。
4、根据权利要求1所述的一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法，其特征在于滤网的制作方法中，所述的陶瓷材料是直径为0.1～30μm、长度为5μm～10mm陶瓷晶须，所述的陶瓷晶须是SiC、AlN、Al18B4O33、Si3N4、Mg2B2O5、CaCO3或K2Ti6O13。
5、根据权利要求1所述的一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法，其特征在于滤网的制作方法中，所述的陶瓷材料是直径为1～100μm的陶瓷颗粒，所述的陶瓷颗粒是Fe3O4、NiFe2O4、Al2O3、SiC、Al18B4O33、Si3N4、AlN、B4C或TiC。
6、根据权利要求1所述的一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法，其特征在于滤网的制作方法中，所述的陶瓷材料由直径为5～15μm、长度为100μm～100mm的陶瓷纤维和直径为0.1～30μm、长度为5μm～10mm的陶瓷晶须混合而成，所述的陶瓷纤维和陶瓷晶须混合的体积比为20～1∶1～20，所述的陶瓷纤维是SiC、B、Al2O3、Si3N4或TiN，所述的陶瓷晶须是SiC、AlN、Al18B4O33、Si3N4、Mg2B2O5、CaCO3或K2Ti6O13。
7、根据权利要求1所述的一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法，其特征在于滤网的制作方法中，所述的陶瓷材料由直径为5～15μm、长度为100μm～100mm的陶瓷纤维和直径为1～100μm的陶瓷颗粒混合而成，所述的陶瓷纤维和陶瓷颗粒混合的体积比为10～1∶1～5，所述的陶瓷纤维是SiC、B、Al2O3、Si3N4或TiN，所述的陶瓷颗粒是Fe3O4、NiFe2O4、Al2O3、SiC、Al18B4O33、Si3N4、AlN、B4C或TiC。
8、根据权利要求1所述的一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法，其特征在于滤网的制作方法中，所述的陶瓷材料由直径为0.1～30μm、长度为5μm～10mm的陶瓷晶须和直径为1～100μm的陶瓷颗粒混合而成，所述的陶瓷晶须和陶瓷颗粒混合的体积比为20～1∶1～5，所述的陶瓷晶须是SiC、AlN、Al18B4O33、Si3N4、Mg2B2O5、CaCO3或K2Ti6O13，所述的陶瓷颗粒是Fe3O4、NiFe2O4、Al2O3、SiC、Al18B4O33、Si3N4、AlN、B4C或TiC。
9、根据权利要求1所述的一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法，其特征在于滤网的制作方法中，所述的陶瓷材料由直径为5～15μm、长度为100μm～100mm的陶瓷纤维；直径为0.1～30μm、长度为5μm～10mm的陶瓷晶须和直径为1～100μm的陶瓷颗粒混合而成，所述的陶瓷纤维的体积占总混合物体积的70～20％，陶瓷晶须的体积占总混合物体积的70～20％，陶瓷颗粒的体积占总混合物体积的40～5％，所述的陶瓷纤维是SiC、B、Al2O3、Si3N4或TiN，所述的陶瓷晶须是SiC、AlN、Al18B4O33、Si3N4、Mg2B2O5、CaCO3或K2Ti6O13，所述的陶瓷颗粒是Fe3O4、NiFe2O4、Al2O3、SiC、Al18B4O33、Si3N4、AlN、B4C或TiC。
10、根据权利要求1所述的一种提高挤压铸造金属基复合材料质量的方法，其特征在于在所述的b步骤和c步骤之间还包括b′步骤：将钢套(3)装在所述的滤网(4)和所述的预制件(1)的外端面上。
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