CN102115832A - 一种金属复合材料的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金属复合材料的加工工艺，所述金属复合材料包括增强纤维和基体，包括以下步骤：首先将增强纤维与基体粉末混合均匀；然后进行封装、除气，再进行热等静压加工，以提高复合材料的致密性。本发明揭示的金属复合材料的加工工艺，可以根据所设计的金属基复合材料的性能要求，使增强材料(纤维、颗粒或晶须)与基体金属粉末以任何比例混合。

Description

一种金属复合材料的加工工艺

技术领域

本发明涉及一种金属复合材料的加工工艺，尤其涉及一种纤维增强金属基复合材料的加工工艺。

背景技术

金属复合材料，可以发挥组元材料各自的优势，实现各组元材料资源的最优配置，节约贵重金属材料，实现单一金属不能满足的性能要求，它既可以替代进口并填补国内空白，又具有广阔应用范围，具有很好的经济效益和社会效益，容易获得方方面面的扶持和帮助。如发展不锈钢复合材料就一直是国家发改委、科技部积极支持、倡导的高科技项目。常见的金属复合材料主要有以下几类：①氧化物基金属陶瓷，以氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍等为基体，与金属钨、铬或钴复合而成，具有耐高温、抗化学腐蚀、导热性好、机械强度高等特点，可用作导弹喷管衬套、熔炼金属的坩埚和金属切削刀具。②碳化物基金属陶瓷。以碳化钛、碳化硅、碳化钨等为基体，与金属钴、镍、铬、钨、钼等金属复合而成，具有高硬度、高耐磨性、耐高温等特点，用于制造切削刀具、高温轴承、密封环、捡丝模套及透平叶片。③氮化物基金属陶瓷。以氮化钛、氮化硼、氮化硅和氮化钽为基体，具有超硬性、抗热振性和良好的高温蠕变性，应用较少。

传统的增强纤维复合材料采用扩散结合的加工工艺，在扩散结合工艺中增强纤维与基体的湿润问题容易解决，而且在热压时可通过控制工艺参数的办法来控制界面反应。因此，在金属基复合材料的早期生产中大量采用扩散结合工艺。但是该种工艺相对复杂，封装操作复杂、成本较高。

发明内容

针对上述需求，本发明提供了一种改进的金属复合材料的加工工艺，克服了现有技术中的全部或大部分的明显缺点。

本发明提供了一种金属复合材料的加工工艺，所述金属复合材料包括增强纤维和基体，包括以下步骤：首先将增强纤维与基体粉末混合均匀；然后进行封装、除气，再进行热等静压加工，以提高复合材料的致密性。

优先地，采用机械方式将增强纤维与基体粉末进行混合均匀。

优先地，热等静压加工的温度控制在900-1400℃，压力控制在100～200Mp。

本发明揭示的金属复合材料的加工工艺具有以下优点：首先，可以根据所设计的金属基复合材料的性能要求，使增强材料(纤维、颗粒或晶须)与基体金属粉末以任何比例混合。纤维含量最高可达75％，颗粒含量可达50％以上，这在液态法中是无法达到的。再者，热等静压温度低于金属熔点。因而由高温引起的增强材料与金属基体界面反应少，减小了界面反应对复合材料性能的不利影响，同时还可以通过控制热等静压时的温度、压力和时间等工艺参数来控制界面反应。此外，粉末冶金法对增强材料与其体互相湿润的要求不高，而且对增强材料与基体粉末的密度差没有要求，能够使颗粒或晶须均匀分布在金属基复合材料的基体中。另外，采用热等静压工艺时，其组织细化、密、均匀。一般不会产生偏折、偏聚等缺陷，可使空隙等其它内部缺陷得到明显改善，从而提高复合材料的性能。

附图说明

图1是本发明所述加工工艺的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明所述的加工工艺既可适用于连续、长纤维增强.又可用于短纤维、颗粒或晶须增强的金属基复合材料。短纤维、颗粒或晶须增强金属基复合材料的粉木冶金工艺主要分为二部分，首先将增强纤维(短纤维、颗粒或晶须)与金属粉末混合均匀，大多是采用机械混合方式；然后进行封装、除气，再进行热等静压加工以提高复合材料致密性，具体地说，本发明实施例中，热等静压加工的温度控制在900-1400℃，压力控制在100～200Mp。

热等静压加工方法是一种重要的材料成形手段。该法采用金属或陶瓷包套(低碳钢、Ni、Mo、玻璃等)，使用氮气、氩气作加压介质，使材料热致密化。该法优点在于集热压和等静压的优点于一身，成形温度低，产品致密，性能优良。需要说明的是，热等静压作为一种公知的材料成型手段，其加工原理，采用设备、以及工艺参数皆属于本领域技术人员的公知技术，因此，只做简单描述。

此外，还可以将混合好的增强纤维(颗粒、晶须或短纤维)与金属粉末压实封装于包套金属之中，然后加热直接进行热挤压成型，同样可以获得致密的金属基复合材料。

本发明揭示的金属复合材料的加工工艺具有以下优点：首先，可以根据所设计的金属基复合材料的性能要求，使增强材料(纤维、颗粒或晶须)与基体金属粉末以任何比例混合。纤维含量最高可达75％，颗粒含量可达50％以上，这在液态法中是无法达到的。再者，热等静压温度低于金属熔点。因而由高温引起的增强材料与金属基体界面反应少，减小了界面反应对复合材料性能的不利影响，同时还可以通过控制热等静压时的温度、压力和时间等工艺参数来控制界面反应。此外，粉末冶金法对增强材料与其体互相湿润的要求不高，而且对增强材料与基体粉末的密度差没有要求，能够使颗粒或晶须均匀分布在金属基复合材料的基体中。另外，采用热等静压工艺时，其组织细化、密、均匀。一般不会产生偏折、偏聚等缺陷，可使空隙等其它内部缺陷得到明显改善，从而提高复合材料的性能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种金属复合材料的加工工艺，所述金属复合材料包括增强纤维和基体，其特征在于，包括以下步骤：首先将增强纤维与基体粉末混合均匀；然后进行封装、除气，再进行热等静压加工，以提高复合材料的致密性。

2.根据权利要求1所述的金属复合材料的加工工艺，其特征在于，采用机械方式将增强纤维与基体粉末进行混合均匀。

3.根据权利要求1所述的金属复合材料的加工工艺，其特征在于，热等静压加工的温度控制在900-1400℃，压力控制在100～200Mp。