CN103695683B - 一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝基复合材料领域，具体是一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法。将铝粉和碳化硅混合粉末在球磨机中湿混混合，碳化硅的质量百分比含量为10%～30%，混合过程采用真空保护，在500 MPa的压制压力下在模具中冷压成型；在真空条件下，于570℃进行无压烧结；在空气锤上进行自由锻，最终锻造变形量为50%，随后在真空条件下于360℃进行2h的再结晶退火。本发明有效地提高了铝基复合材料的性能，并且本发明工艺简单，成本低廉，适于工业运用。

Description

一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及铝基复合材料领域，具体是一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法。

背景技术

铝基复合材料在国内外有着悠久的研究历史，因其在航空、航天上有着重要的应用背景，受到广泛的重视。与传统铝基材料相比，铝基复合材料具有质量轻、比强度高、力学性能好、热膨胀系数低等优点。相对连续增强复合材料，由于在制备连续增强铝基复合材料方面的技术和成本等问题，非连续增强铝基复合材料成为主导研究方向，其增强体主要包括SiC 晶须、硼酸盐晶须、SiC 颗粒、B4C 颗粒及Al2O3短纤维等。非连续增强铝基复合材料具有比基体更高的比强度、比模量和更低的热膨胀系数，尤其是弥散增强的铝基复合材料，不仅具有各向同性的特征，且成本相对低廉，工艺性优异。目前非连续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大类。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，简化了涂层工艺，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。但这种方法的缺点在于显微组织中容易出现增强体的偏聚重融、夹杂、显微缩孔及裂纹等缺陷。粉末冶金法具有工艺成熟，成本适中、近净成形、材料利用率高等的优点，而且制备的温度比铸造法的低，大大减少了成分偏析，已发展成为制备复合材料结构件的重要手段。但传统的粉末冶金法制备的铝基复合材料相对密度低时，如何保证增强体预制件的质量，降低孔隙度也是粉末冶金法的关键问题。

粉末锻造通常是指将粉末烧结的预成形坯经加热后，在闭式模中锻造成零件的成形工艺方法。它是将传统粉末冶金和精密锻造结合起来的一种新工艺，并兼两者的优点。可以制取密度接近材料理论密度的粉末锻件，克服了普通粉末冶金零件密度低的缺点。使粉末锻件的某些物理和力学性能达到甚至超过普通锻件的水平，同时，又保持了普通粉末冶金少屑、无屑工艺的优点。通过合理设计预成形坯和实行少、无飞边锻造，具有成形精确，材料利用率高，锻造能量消耗少等特点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何克服现有技术之不足，提供一种碳化硅复合材料的制备方法，通过该方法使得复合材料的性能提高，复合材料的孔隙度降低，并且工艺简单，成本低廉。

本发明所要解决的技术方案是：一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，按照如下的步骤进行

一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于按照如下的步骤进行

步骤一，一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于按照如下的步骤进行

步骤一，将铝粉和碳化硅混合粉末在球磨机中湿混混合，碳化硅的质量百分比含量为10%～30%，混合过程采用真空保护，在500 MPa的压制压力下在模具中冷压成型；

步骤二，在真空条件下，于570℃进行烧结；

步骤三，在空气锤上进行自由锻，锻造温度选择在350℃～400℃之间，每道次变形小于20%，经过5-10次翻动，最终锻造变形量为50%。

步骤四，在真空炉中进行再结晶退火，退火温度360℃，保温2h后随炉冷却。

本发明的有益效果是：通过本发明原料的质量配比提高了复合材料的结合性，通过在球磨机中湿混降低了复合材料的粉末粒度，通过真空条件下的570℃控温烧结增强了复合材料的致密度同时防止被氧化，通过自由锻提高了复合材料颗粒均匀分布程度，通过在自由锻时保持350℃～400℃，每道次变形小于20%，经过5-10次翻动，最终锻造变形量为50%，提高了复合材料的性能，进行真空炉中再结晶退火，细化了基体晶粒，提高了材料的力学性能，同时本发明工艺简单，成本低廉，适于工业运用。

具体实施方式

实施例1

步骤一，配制铝粉和碳化硅颗粒的混合粉末装在玛瑙球磨罐中，其中碳化硅颗粒的质量百分数为10%，在行星球磨机上湿混6h后；在500 MPa的压制压力下在模具中冷压成型，所得产物即为碳化硅颗粒增强铝基复合坯体。为了减少坯料和模腔壁之间的摩擦， 压制前把液体石蜡均匀涂到模腔内壁上。

步骤二，将得到的复合坯体在真空炉中570 ℃烧结并保温3h，随炉冷却。

步骤三，后得到的复合坯料在空气锤上进行自由锻，锻造温度选择在350℃～400 ℃之间，试样的温度用配备红外测温的仪器测定。在锻造过程中， 当坯料温度降至350 ℃左右时，送回炉中在400 ℃下保温20min后，进行下一次锻打。每道次变形小于20%，锻透坯料心部，使其内外均匀变形。经过5-10次翻动，复合坯体的最终锻造变形量为50%。经过锻造，复合坯体的致密度由冷压时的80%左右，提高到锻造后的99%。

步骤四，在真空炉中进行再结晶退火，退火温度360℃，保温2h后随炉冷却。

其主要性能指标如下表所示：

密度(g/cm3)	抗拉强度(MPa)	屈服强度(MPa)	延伸率（%）
				2.69	241	168	10

实施例2

步骤一，配制铝粉和碳化硅颗粒混合粉末装在玛瑙球磨罐中，其中碳化硅颗粒粉末的质量百分数为20%；在行星球磨机上湿混6h后，在500 MPa压力下在模具中冷压成型，所得产物即为碳化硅颗粒增强铝基复合坯体。为了减少坯料和模腔壁之间的摩擦， 压制前把液体石蜡均匀涂到模腔内壁上。

步骤二，将得到的复合坯体在真空炉中570 ℃烧结并保温3 h，随炉冷却。

步骤三，后得到的复合坯料在空气锤上进行自由锻，锻造温度选择在350℃～400℃之间，试样的温度用配备红外测温的仪器测定。在锻造过程中，当坯料温度降至350 ℃左右时， 送回炉中在400 ℃下保温20min后，进行下一次锻打。每道次变形小于20%，锻透坯料心部，使其内外均匀变形。经过5-10次翻动，复合坯体的最终锻造变形量为50%。经过锻造，复合坯体的致密度由冷压时的80%左右，提高到锻造后的99%。

步骤四，在真空炉中进行再结晶退火，退火温度360℃，保温2h后随炉冷却。

其主要性能指标如下表所示：

密度(g/cm3)	抗拉强度(MPa)	屈服强度(MPa)	延伸率（%）
				2.82	262	198	7

实施例3

步骤一，配制铝粉和碳化硅颗粒粉混合粉末装在玛瑙球磨罐中，其中碳化硅颗粒粉末的质量百分数为30%；在行星球磨机上湿混6h后在500 MPa压力下模具中冷压成型，所得产物即为碳化硅颗粒增强铝基复合坯体。为了减少坯料和模腔壁之间的摩擦， 压制前把液体石蜡均匀涂到模腔内壁上。

步骤二，将得到的复合坯体在真空炉中570 ℃烧结并保温3 h，随炉冷却。

步骤三，后得到的复合坯料在空气锤上进行自由锻，锻造温度选择在350℃～400℃之间，试样的温度用配备红外测温的仪器测定。在锻造过程中，当坯料温度降至350℃左右时， 送回炉中在400 ℃下保温20min后，进行下一次锻打。每道次变形小于20%，锻透坯料心部，使其内外均匀变形。经过5-10次翻动，复合坯体的最终锻造变形量为50%。经过锻造，复合坯体的致密度由冷压时的80%左右，提高到锻造后的99%。

步骤四，在真空炉中进行再结晶退火，退火温度360℃，保温2h后随炉冷却。

其主要性能指标如下表所示：

密度(g/cm3)	抗拉强度(MPa)	屈服强度(MPa)	延伸率（%）
				2.83	287	207	5

本发明的其它技术在现有技术中都能找到，在本方案中就不多做说明。

Claims (1)

1.一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于按照如下的步骤进行

步骤一，将铝粉和碳化硅混合粉末在球磨机中湿混混合，碳化硅的质量百分比含量为10%～30%，混合过程采用真空保护，在500 MPa的压制压力下在模具中冷压成型；

步骤二，在真空条件下，于570℃进行烧结；

步骤三，在空气锤上进行自由锻，锻造温度选择在350℃～400℃之间，每道次变形小于20%，经过5-10次翻动，最终锻造变形量为50%；

步骤四，在真空炉中进行再结晶退火，退火温度360℃，保温2h后随炉冷却。