CN103276324A - 增强6061铝基复合材料的制备方法 - Google Patents

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增强6061铝基复合材料的制备方法，其步骤为：（1）按硼酸镁晶须与6061铝合金粉末混合物的总体积的体积分数为5%~20%，将硼酸镁晶须与6061铝合金粉末混合，依次放入球磨机中球磨，设置球磨参数为：球料比10:1，球磨机转速150r/min，球磨时间为10h，球磨机工作方式为正转600s，停机60s，然后反转600s，停机60s，如此循环；（2）将球磨后的粉末置于模具型腔内，在100℃压制成预压坯；（3）然后缓慢加热至510℃保温30min，最后以挤压比为9:1，以10mm/s的速度均匀挤出，制得表面光滑的复合材料挤压棒；（4）将工件进行固溶、时效处理，固溶处理温度为520℃，保温50min，室温水淬，然后在170℃进行时效处理，处理时间为10h。

Description

增强6061铝基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及6061铝基复合材料制备工艺。 
背景技术
以晶须、颗粒和短纤维等增强体的非连续增强铝基复合材料，具有比强度、比刚度高，疲劳强度高，耐磨性能好，复合工艺相对简单、灵活多样等优点，在金属基复合材料中占主导地位。铝基复合材料由于其制备工艺较连续增强铝基复合材料简单，而且制备成本较低，易于二次加工，以及复合材料各向同性等优点而成为航空、航天、汽车、船舶、体育等领域重要的结构材料。晶须增强铝基复合材料的制备方法主要有铸造法和粉末冶金法两类，其中挤压铸造法对界面润湿性的要求不高，在制备复合材料的过程中，通过控制挤压温度、预热温度、挤压压力等参数，能获得增强体随机取向并均匀分布的铝基复合材料，但这种方法缺点在于显微组织中容易出现增强体的偏聚、夹杂、显微缩孔及裂纹等缺陷，此外由于挤压铸造压力大，保证增强体预制件的质量也是影响复合材料性能的主要因素。粉末冶金法是制备铝基复合材料最常用的一种工艺，采用该方法制备时增强体可以以任意比例加入到基体中，而且增强体在基体中分布均匀。但是早期的粉末冶金法，实验过程复杂，成本较高。 
目前以碳化硅、碳化硼、硼酸铝等晶须增强铝基复合材料的制备、性能以及微观结构等方面进行了广泛的研究，取得了较大的进展。而硼酸镁晶须除了不与基体铝及铝合金发生界面反应之外，还在物理性能相当的情况下，价格仅为硼酸铝晶须价格的1/2，不到碳化硅晶须价格的1/20。因此，在增强铝合金方面硼酸镁晶须具有更好的应用前景。然而目前对于硼酸镁晶须增强铝基复合材料的研究还处于理论研究阶段，还未有粉末热挤压法制备的硼酸镁晶须增强铝基复合材料的报道。在制备过程中晶须发生了折断，长径比严重减小，且因球磨和热挤压过程中硼酸镁晶须不能完全均匀分散于基体相中，因此不可避免地出现了缠结和团聚现象。这些有效长径比较低的单个晶须和缠结成团的晶须团聚颗粒在复合材料中可视为不可变形粒子。另外，复合材料制备过程中基体与增强相热膨胀系数的差异、几何限制、热挤压时的塑性变形使基体中产生高密度位错，复合材料在受拉时不可变形粒子对位错有阻碍作用而发生奥罗万强化，减小粒子尺寸或是提高粒子的体积分数到会导致材料强度的提高。 
发明内容
本发明的目的是提供一种增强6061铝基复合材料的制备方法。 
本发明是增强6061铝基复合材料的制备方法，其步骤为： 
（1）按硼酸镁晶须与6061铝合金粉末混合物的总体积的体积分数为5%~20%，将硼酸镁晶须与6061铝合金粉末混合，依次放入球磨机中球磨，设置球磨参数为：球料比10:1，球磨机转速150r/min，球磨时间为10h，球磨机工作方式为正转600s，停机60s，然后反转600s，停机60s，如此循环；
（2）将球磨后的粉末置于模具型腔内，在100℃压制成预压坯；
（3）然后缓慢加热至510℃保温30 min，最后以挤压比为9:1，以10mm/s的速度均匀挤出，制得表面光滑的复合材料挤压棒，挤压前模具内、外壁均涂覆一定量的润滑剂；
（4）将工件进行固溶、时效处理，固溶处理温度为520 ℃，保温50 min，室温水淬，然后在170 ℃进行时效处理，处理时间为10h。
本发明的有益之处是采用热挤压来代替烧结，使混合粉末在短时高温、高压作用下发生塑性变形, 实现粉末颗粒间的冶金结合，也减少了制备工序，节约了成本。 
 本发明的室温力学性能如下表： 
拉伸实验在岛津AT10t试验机上进行，最大载荷10t，拉伸速率0.2mm/min。每组试样测试3个工件，测出载荷位移曲线，根据载荷位移曲线数据计算出相应的应力和应变值，并求出其平均值。由于实验时受挤压棒材直径和长度所限，在设计拉伸工件时按照国家标准，试样标距l0=25mm，lc=30mm，直径为5mm。
  
Figure 20131023523881000021
 
性能 晶须含量/vol.% σ0.2/MPa (室温) σb/MPa (室温) 延伸率/% (室温)
本发明基体合金 0 76 164 23.7
本发明挤压态 15 175 234 7.4
本发明T6态 15 254 308 4
从表中可以看出，本发明的复合材料强度较基体合金提高明显，增幅较大。热处理前强度最高可达234MPa，经过固溶和时效处理后最高强度可达到308MPa，增加明显。
具体实施方式
本发明是增强6061铝基复合材料的制备方法，其步骤为： 
（1）按硼酸镁晶须与6061铝合金粉末混合物的总体积的体积分数为5%~20%，将硼酸镁晶须与6061铝合金粉末混合，依次放入球磨机中球磨，设置球磨参数为：球料比10:1，球磨机转速150r/min，球磨时间为10h，球磨机工作方式为正转600s，停机60s，然后反转600s，停机60s，如此循环；
（2）将球磨后的粉末置于模具型腔内，在100℃压制成预压坯；
（3）然后缓慢加热至510℃保温30 min，最后以挤压比为9:1，以10mm/s的速度均匀挤出，制得表面光滑的复合材料挤压棒，挤压前模具内、外壁均涂覆一定量的润滑剂；
（4）将工件进行固溶、时效处理，固溶处理温度为520 ℃，保温50 min，室温水淬，然后在170 ℃进行时效处理，处理时间为10h。
实施例1： 
将硼酸镁晶须体积分数为15%和85vol.%6061铝合金粉末混合物料放入行星式球磨机中球磨，每罐装料65g，共装料四罐。设置球磨参数为：球料比10:1，球磨机转速150r/min，球磨时间为10h，球磨机工作方式为正转600s，停机60s，然后反转600s，停机60s，如此循环。将球磨后的样品粉末置于模具型腔内，在100℃压制成Φ60 mm的预压坯。然后缓慢加热至510℃保温30 min，最后以挤压比为9:1，以10mm/s的速度均匀挤出，制得Φ20mm表面光滑的复合材料挤压棒，挤压前模具内、外壁均涂覆一定量的润滑剂。测得15vol.%硼酸镁晶须增强6061铝基复合材料挤压态室温力学性能为：维氏硬度HV=65.3，屈服强度σ0.2=124 MPa，抗拉强度σb=190MPa，延伸率=6.9%。
实施例2： 
将硼酸镁晶须体积分数为10%和90vol.%6061铝合金粉末混合物料放入行星式球磨机中球磨，每罐装料65g，共装料四罐。设置球磨参数为：磨球为Al2O3球，球料比10:1，球磨机转速150r/min，球磨时间为10h，球磨机工作方式为正转600s，停机60s，然后反转600s，停机60s，如此循环。将球磨后的样品粉末置于模具型腔内，在100℃压制成Φ60 mm的预压坯。然后缓慢加热至540℃保温30 min，最后以挤压比为25:1，以10mm/s的速度均匀挤出，制得Φ12mm表面光滑的复合材料挤压棒，挤压前模具内、外壁均涂覆一定量的润滑剂。测得10vol.%、挤压比为25:1时硼酸镁晶须增强6061铝基复合材料挤压态室温力学性能为：维氏硬度HV=74.5，屈服强度σ0.2=123 MPa，抗拉强度σb=219MPa，延伸率=9.5%。
实施例3： 
将硼酸镁晶须体积分数为10%和90vol.%6061铝合金粉末混合物料放入行星式球磨机中球磨，每罐装料65g，共装料四罐。设置球磨参数为：磨球为Al2O3球，球料比10:1，球磨机转速150r/min，球磨时间为10h，球磨机工作方式为正转600s，停机60s，然后反转600s，停机60s，如此循环。将球磨后的样品粉末置于模具型腔内，在100℃压制成Φ60 mm的预压坯。然后缓慢加热至570℃保温30 min，最后以挤压比为25:1，以10mm/s的速度均匀挤出，制得Φ12mm表面光滑的复合材料挤压棒，挤压前模具内、外壁均涂覆一定量的润滑剂。测得10vol.%、挤压比为25:1、挤压温度为570℃时硼酸镁晶须增强6061铝基复合材料挤压态室温力学性能为：维氏硬度HV=71.9，屈服强度σ0.2=125 MPa，抗拉强度σb=213MPa，延伸率=5.4%。

Claims (1)

1.增强6061铝基复合材料的制备方法，其步骤为：
（1）按硼酸镁晶须与6061铝合金粉末混合物的总体积的体积分数为5%~20%，将硼酸镁晶须与6061铝合金粉末混合，依次放入球磨机中球磨，设置球磨参数为：球料比10:1，球磨机转速150r/min，球磨时间为10h，球磨机工作方式为正转600s，停机60s，然后反转600s，停机60s，如此循环；
（2）将球磨后的粉末置于模具型腔内，在100℃压制成预压坯；
（3）然后缓慢加热至510℃保温30 min，最后以挤压比为9:1，以10mm/s的速度均匀挤出，制得表面光滑的复合材料挤压棒；
（4）将工件进行固溶、时效处理，固溶处理温度为520 ℃，保温50 min，室温水淬，然后在170 ℃进行时效处理，处理时间为10h。
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