CN102416462A - 一种局部增强的金属基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种局部增强的金属基复合材料的制备方法，通过制备带有绝热层的模具，并预热到一定温度备用；再将增强相预制坯预热到一定温度置于带有绝热层的模具中；将金属熔体浇注到模具中，再以常规挤压铸造的方法使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。本发明解决了高熔点金属挤压铸造时模具寿命短等问题，具有工艺简单、模具材料要求低、寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种局部增强金属基复合材料的制备方法，特别涉及一种挤压铸造局部增强的金属基复合材料的制备方法。
背景技术
金属基复合材料是以金属材料作为基体材料，以高强度的第二相材料作为增强相而制成的复合材料。目前挤压铸造法是实现金属基复合材料的方法之一，此方法所获得的铸件内部致密、机械性能优良，挤压铸造通常没有浇冒口，毛坯精化，铸件尺寸精度高，材料的利用率高，因而具有良好的发展前景。目前此技术在有色金属上的应用已取得了显著的效果。然而，对于高熔点金属，比如铜、钢铁、镍基高温合金等，由于熔点比有色金属高很多，而且挤压铸造模具中冷却速度快，流动性差，使模具的工作条件十分恶劣，寿命较低，同时操作困难，工艺窗口窄，所以极大限制了这些金属挤压铸造的开展。
发明内容
为解决用挤压铸造法制造高温金属基复合材料时，因金属液冷却速度快，流动性差，以致于不能充分和足够深地浸渗入增强相中，导致复合层不够厚，且模具寿命低，操作困难等关键性问题，本发明提供一种局部增强的金属基复合材料的制备方法。
本发明通过下列技术方案实现：一种局部增强的金属基复合材料的制备方法，包括下列各步骤：
A．制备带有绝热层的模具，并预热到100～500℃备用；
B．将增强相预制坯预热到200～1200℃置于步骤A所得带有绝热层的模具中；
C．将金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在1～200MPa下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。
所述步骤A中制备带有绝热层的模具是通过将粒度大于50目的陶瓷颗粒和粘结剂按质量比为2～5︰1混合均匀后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为1～20mm的致密陶瓷层，得到带有绝热层的模具。
所述陶瓷颗粒为二氧化硅、刚玉和/或锆英砂陶瓷颗粒。
所述粘结剂为市购水玻璃、硅溶胶、硅酸乙酯水解液或磷酸铝。
所述步骤B中的增强相预制坯为陶瓷颗粒、金属颗粒和/或纤维。其中，陶瓷颗粒为碳化钨、氧化铝、碳化硅或碳化钛；金属颗粒为镍、铁、铜；纤维为碳化硅纤维、氧化铝纤维。
所述步骤B中的增强相预制坯的厚度为2～25mm。
本发明具有以下有益效果和优点：
1、致密的陶瓷涂层可以达到精密铸造的等级，具有足够的强度，且厚度可根据实际需求而改变；
2、以改变陶瓷层的预热温度，来控制基体金属的流动性；
3、在保证增强相的相变点不改变的情况下，可适当提高预热温度以提高浸渗效果；
4、利用致密陶瓷层的绝热能力，可减缓金属熔体的温度和冷却速度；
5、本发明解决了高熔点金属挤压铸造时模具寿命短的问题，且制备方法简单，容易操作，用常规的挤压铸造设备即可实现，适合工业化生产。
附图说明
图1是实施例1所得碳化钨颗粒局部增强的灰铸铁基复合材料的金相组织图；
图2是实施例2所得氧化铝颗粒局部增强的钢基复合材料的金相组织图。
具体实施方式
下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
A．通过将粒度为270目、粒度为140目、粒度为70目的二氧化硅陶瓷颗粒和粒度为150目的锆英砂陶瓷颗粒混合，并和硅溶胶按质量比为4︰1混合均匀后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为15mm的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具，并预热到400℃备用；
B．将粒径为80目的碳化钨颗粒作为增强相预制坯预热到480℃置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为25mm；
C．将灰铸铁金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在200MPa下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。
实施例2
A．通过将粒度为270目、粒度为140目的二氧化硅陶瓷颗粒和粒度为240目、粒度为180目的刚玉陶瓷颗粒混合，并和水玻璃按质量比为2︰1混合均匀后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为20mm的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具，并预热到300℃备用；
B．将粒径为80目的氧化铝颗粒作为增强相预制坯预热到1200℃置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为10mm；
C．将钢熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在80MPa下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。
实施例3
A．通过将粒度为240目、粒度为180目的刚玉陶瓷颗粒和粒度为150目、粒度为80目的锆英砂陶瓷颗粒混合，并和硅酸乙酯水解液按质量比为5︰1混合均匀后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为10mm的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具，并预热到250℃备用；
B．将碳化钛作为增强相预制坯预热到600℃置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为20mm；
C．将钢金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在150MPa下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。
实施例4
A．通过将通过将粒度为270目、粒度为140目的二氧化硅陶瓷颗粒和粒度为240目、粒度为180目的刚玉陶瓷颗粒和混合和粒度为150目的锆英砂陶瓷颗粒混合，并和磷酸铝按质量比为3︰1混合均匀后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为8mm的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具，并预热到200℃备用；
B．将碳化硅作为增强相预制坯预热到700℃置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为15mm；
C．将灰铸铁金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在100MPa下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。
实施例5
A．通过将粒度为270目、粒度为140目的二氧化硅陶瓷颗粒和粒度为240目、粒度为180目的刚玉陶瓷颗粒混合，并和水玻璃按质量比为2︰1混合均匀后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为1mm的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具，并预热到500℃备用；
B．将金属颗粒铁和碳化硅纤维作为增强相预制坯预热到800℃置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为8mm；
C．将灰铸铁金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在20MPa下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。
实施例6
A．通过将粒度为270目、粒度为140目、粒度为70目的二氧化硅陶瓷颗粒混合，并和硅溶胶按质量比为4︰1混合均匀后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为6mm的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具，并预热到100℃备用；
B．将金属颗粒镍和氧化铝纤维作为增强相预制坯预热到900℃置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为2mm；
C．将镍金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在1MPa下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。
实施例7
A．通过将粒度为270目、粒度为140目的二氧化硅陶瓷颗粒和粒度为240目、粒度为180目的刚玉陶瓷颗粒混合，并和水玻璃按质量比为2︰1混合均匀后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为5mm的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具，并预热到350℃备用；
B．将金属颗粒铜和碳化硅纤维作为增强相预制坯预热到200℃置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为6mm；
C．将铜金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在10MPa下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。
Claims (9)
1.一种局部增强的金属基复合材料的制备方法，其特征在于包括下列各步骤：
A．制备带有绝热层的模具，并预热到100～500℃备用；
B．将增强相预制坯预热到200～1200℃置于步骤A所得带有绝热层的模具中；
C．将金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在1～200MPa下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤A中制备带有绝热层的模具是通过将粒度大于50目的陶瓷颗粒和粘结剂按质量比为2～5︰1混合均匀后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为1～20mm的致密陶瓷层，得到带有绝热层的模具。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述陶瓷颗粒为二氧化硅、刚玉和/或锆英砂陶瓷颗粒。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为市购水玻璃、硅溶胶、硅酸乙酯水解液或磷酸铝。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤B中的增强相预制坯为陶瓷颗粒、金属颗粒和/或纤维。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：陶瓷颗粒为碳化钨、氧化铝、碳化硅或碳化钛。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：金属颗粒为镍、铁、铜。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：纤维为碳化硅纤维、氧化铝纤维。
9.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤B中的增强相预制坯的厚度为2～25mm。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |