CN107604193B - 一种纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法,属于金属铸造成形领域,将纳米陶瓷粉与微米级铝粉或铝合金粉配制成纳米陶瓷颗粒含量为3%~10%的混合粉料,将混合粉料在密封罐内的氩气保护下机械混合制成复合粉料,将复合粉末热压成质量约150g~200g的预制块。将预制块在达到750℃左右熔化后,机械搅拌,然后进行高能超声振动。利用超低速层流压铸将复合材料熔体压射入模具型腔,开模取件,获得质量分数为3%~10%的纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料零部件。本发明成形工艺简单易行、效果好,解决了浇铸高质量分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料粘度大、流动性差、陶瓷颗粒易团聚等的问题。

Description

一种纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法
技术领域
本发明属于金属铸造成形领域,更具体地,涉及一种制备高质量分数纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的层流压铸工艺及成形方法。
背景技术
纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料比传统铝合金材料具有更多优异性能,在航空航天、汽车等许多领域具有广阔的应用前景,是目前关注与研究的热点。
目前,通常制备的纳米颗粒增强铝基复合材料的纳米颗粒含量在0%~3%之间,并且制备过程中容易发生团聚,氧化夹渣,粘度大不易充型等问题。为了克服以上问题,常常采用压铸方法。
高压和高速是压铸方法中金属液充型过程的两大特点,也是压铸与其他铸造方法最根本的区别。压铸过程的内浇口充型速度一般为20m/s~70m/s,充填时间只有0.1s~0.2s,金属液充型速度极快,一般型腔中气体很难完全排除,常以气孔形式存留在铸件中,不仅使铸件力学性能下降,不宜进行热处理,而且降低了压铸件的耐压性和气密性,限制了压铸件的使用。
含有陶瓷颗粒的复合材料浆料的粘度大,高速充型时更容易卷气和形成气孔。对于普通铝合金材料的低速压铸已有一些研究,例如纪莲清等人(纪莲清,熊守美,村上正幸,等.铝合金超低速压铸工艺参数对铸件性能的影响[J].铸造,2007,56(10):1057-1061.)的研究不同的超低速压铸参数指出:压铸时理想流态应是慢压射时冲头慢速前进,排出压室中的气体,直至合金液充满压室,再选择合适的快压射速度,在合金液不凝固的情况下充满型腔,然后压射冲头以高压施加于合金液上,使压铸件在静压力作用下凝固,以获得表面光洁、轮廓清晰、内部组织致密的压铸件。该研究表明最佳浇道速度要求小于0.6米/秒。但是不同的复合材料熔体的粘度不同,流动状态也不同,不具有参考性。
傅蔡安等人的中国专利申请“铝碳化硅精密压铸成型工艺”(公开号为CN102154573A)中将粒度为1000目~2500目的SiC粉末直接加入熔融铝液中在进行搅拌,制浆后直接在普通压铸机上进行传统的压铸成形。SiC粉末为5~10微米级,直接外加过程中容易团聚和上浮,而且粉末很难达到均匀分布。
杨杰等人的中国专利申请“一种半固态压铸铝合金材料及使用该材料压铸成型的方法”(公开号为CN105525158A)中将熔融720℃的铝液通氮气搅拌,结束后捞杂质并降至640℃保温,再制成半固态浆料。这样的浆料不是复合材料浆料,而是合金温度低时结晶生成的金属固相,因温度低、固相体积分数大时,不易流动。随后采取的传统压铸,冲头压射速度快,浆料经过内浇口形成高速流动,容易飞溅回流,气体无法及时排出造成裹气、夹渣等缺陷,致使铸件机械性能受到影响,无法达到理想目标。
含有陶瓷颗粒、特别是纳米颗粒的半固态浆料粘度大不易流动,陶瓷固相颗粒体积分数高时结晶潜热低,传统压铸工艺很难获得良好铸件。
因此,需要开发一种新型的纳米颗粒增强复合材料浆料的压铸成形方法,克服现有技术的以上缺陷。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种含有纳米陶瓷颗粒的复合材料浆料的压铸成形方法,其目的在于,提供一种新型的纳米颗粒增强铝基复合材料的层流压铸成形方法,解决制备高质量分数纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料时充型困难、纳米陶瓷颗粒分散不均、易团聚的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法,其用于制备纳米陶瓷粉末占原料总质量3%~10%的纳米颗粒增强铝基复合材料,其包括如下步骤:
S1:称取纳米陶瓷颗粒和微米铝基粉末,铝基粉末为铝合金粉或者铝粉,
S2:将微米铝基粉末和纳米陶瓷颗粒放入有混料陶瓷球的封闭罐体中,罐体中充入氩气保护,将罐体放到滚动混料机进行混料,滚动混料时间为10小时~20小时,混合制备出纳米陶瓷颗粒均匀分布的复合粉末,
S3:将复合粉末放入热压烧结炉中热压成预制块,热压压力10MPa~30MPa,压制温度400℃~500℃,预制块块体重量为150g~200g,
S4:将装有预制块的容器置于在740℃~760℃的高温下熔化,保温20分钟~40分钟,获得熔体,
S5:对熔体先执行机械搅拌,再执行超声振动,获得分散均匀的复合材料浆料,
S6:预热压铸模具,
S7:将复合材料浆料浇入压射室,然后利用压铸机冲头将浆料推射进入已预热的压铸模具型腔中,高速压射充型时使复合材料浆料在内浇口的流动速度控制在0.6m/s~1.2m/s的超低速度,且浆料在型腔内以层流流动,所述层流流动是指控制复合材料浆料在型腔流动时的雷诺数小于2300,
S8:待复合材料浆料充满型腔后,进行增压及保压,保压时间8s~10s,后开模、取件,制备获得高质量分数纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料,
其中,步骤S6与其前述步骤可以同步进行。
进一步的,步骤S1中,所选纳米陶瓷粉粒径为10nm~100nm,纳米陶瓷颗粒选自SiC、Al2O3和TiC,纳米陶瓷粉进行烘干处理,烘干温度在110℃~150℃,当纳米陶瓷颗粒为纳米SiC颗粒,进行预氧化处理。
进一步的,铝基粉末为微米级,其粒径为20μm~200μm。
进一步的,步骤S5中,在700℃~750℃左右利用机械搅拌机的螺旋头深入熔体中机械搅拌10~15分钟左右,转速150~250转/分钟,液面采用覆盖剂和全程氩气保护,结束后扒除表面杂质,随后,将复合材料浆料进行高能超声振动,获得完全分散的纳米陶瓷颗粒复合材料半固态浆料。
进一步的,超声振动时,超声振动头伸入液面以下10mm左右,超声功率在1kW~3kW,时间为2分钟~10分钟。
进一步的,步骤S6中,压铸模具的内浇口横截面积的数值等于0.18~0.25倍铸件重量的数值,其中,内浇口横截面积的数值是以平方毫米为单位,铸件重量的数值是以克为单位。或者是描述为,压铸模具的内浇口横截面积的平方毫米数等于0.18~0.25倍铸件重量的克数,以控制复合材料浆料进入型腔的速度。
进一步的,压铸前,压铸模具预热到250℃~350℃,并在模具内表面喷涂脱模剂。
本发明提供了制备高质量分数纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的一条简易高效率的压铸工艺,其制备3%~10%高质量分数的纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料时,通过熔铸法及超声振动制浆工艺获得陶瓷颗粒分散均匀的半固态浆料,将浆料进行层流压铸获得所需复合材料,解决了粘度大不易浇铸的弊端,为制备高质量分数的纳米颗粒增强铝基复合材料提供了一条高效简易的工艺与成形方法。通过使合金液低速层流流动充型,不仅有充足时间容易排除气体,而且合金液也不会因剧烈流动导致飞溅回流、裹气、夹渣等问题,大大提高了铸件的力学性能。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
由纳米陶瓷混合合金粉的复合材料粉末,用石墨模具热压成预制块,相比纳米颗粒从液面搅拌加入合金熔体,陶瓷颗粒宏观上分布更加均匀,减少氧化杂质。
采用先压制成预制块,再熔化预制块的方式掺杂陶瓷粉末,可使复合粉末原料中纳米陶瓷粉末含量高、分布均匀,并且其工艺简单、效率高。
将预制块在坩埚中重熔并采用机械搅拌法制备复合材料半固态浆料,随后进行超声振动,获得了纳米陶瓷颗粒分散均匀的复合材料浆料,保证了最终产品的性能。
本发明考虑高质量分数纳米SiC增强铝基复合材料半固态浆料粘度大、不易充型的问题,采用超低速层流压铸,并设计截面积大的内浇口(传统压铸工艺中内浇口面积(mm2)小于0.18倍铸件重量(g)),控制压射充型时熔体流过内浇口的速度,使之平缓层流充填型腔,排出型腔中的所有气体,减少飞溅回流,氧化夹渣。
附图说明
图1是本发明实施例中纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法流程示意图;
图2是本发明实施例中压制预制块的特定石墨模具示意图,图中:1-模具;2-上压头;3-下垫块;
图3是本发明实施例中机械搅拌器螺旋头的结构示意图,(a)为主视图,(b)为侧视图,(c)为图(a)中A-A面的俯视图;
图4是本发明实施例中质量分数5%的纳米SiC颗粒增强铝基复合材料高倍下的颗粒分布图,该图是高倍下的扫描电子显微镜图片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的主要目的在于解决制备高质量分数纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料时充型困难、纳米陶瓷颗粒分散不均易团聚等问题,采用的主要方法包括超低速层流压铸工艺并设计截面积较大的内浇口等,获得组织致密,性能良好的铸件,工艺简单、效率高。本发明方法为制备高质量分数纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料提供一条实用、有效的工艺流程及成型方法
图1是本发明实施例中纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法流程示意图,由图可知,本发明方法包括如下步骤:
(1)、配料。称取一定质量的纳米陶瓷粉、铝合金粉,其中纳米陶瓷粉质量分数占总质量的3%~10%。所选纳米陶瓷粉粒径为10~100nm,纳米陶瓷颗粒可以是SiC、Al2O3或TiC等;铝合金粉为微米级,其粒径为20~200μm。纳米陶瓷粉进行烘干处理,烘干温度在110℃~150℃。若是纳米SiC颗粒,需进行预氧化处理,在1000℃保温氧化2小时。
(2)、混合。将微米铝合金粉与纳米陶瓷粉放入有混料陶瓷球的封闭罐体中,罐体中充入氩气保护,将罐体放到市售滚动混料机进行混料,滚动混料时间为10~20小时,混合制备出纳米陶瓷颗粒均匀分布的复合粉末。
(3)、压块。将复合粉末放入热压烧结炉中热压成预制块,压力10MPa~30MPa,压制温度400℃~500℃。
该步骤中,采用定制的石墨模具进行压制,图2是本发明实施例中压制预制块的特定石墨模具示意图,其中,1为模具,2为上压头,3为下垫块,利用上压头2将模具1模腔中的复合粉末压制成预制块,模腔2底部为下垫块。块体重量约150g~200g。
(4)、熔化。将装有预制块的坩埚放入高温电阻炉中熔化,在750℃左右熔化、保温30分钟。
(5)、搅拌及超声处理。在700℃~750℃左右利用机械搅拌机的螺旋头深入熔体中机械搅拌10~15分钟左右,转速150~250转/分钟,液面采用覆盖剂和全程氩气保护,结束后扒除表面杂质。随后,将复合材料浆料进行高能超声振动,进一步打散纳米陶瓷颗粒细微团聚,获得完全分散的纳米陶瓷颗粒复合材料半固态浆料。超声振动头伸入液面以下10mm左右,超声功率在1kW~3kW,时间控制2分钟~10分钟。
图3是本发明实施例中机械搅拌器螺旋头的结构示意图,(a)为主视图,(b)为侧视图,(c)为图(a)中A-A面的俯视图,由图可知,该机械搅拌器螺旋头具有如下的结构特点:搅拌叶片是垂直排布,而非一般的水平放置叶片;叶片从上到下具有倾斜角度,这种情况下,当搅拌器顺时针旋转时,熔体受到的是向上流动的力,且搅拌头浸入熔体中,不会在液面产生漩涡,避免了合金熔体的氧化和卷气。
(6)、压铸模具准备及预热。模具设计采用较大截面积的内浇口,控制内浇口面积(单位为mm2)等于0.18~0.25倍铸件重量(g),以控制复合材料浆料进入型腔的速度。压铸前,压铸模具预热到250℃~350℃,并在模具内表面喷涂市售脱模剂等。
(7)、层流压铸。将复合材料浆料浇入压射室,然后利用压铸机冲头将浆料推射进入已预热的模具型腔中。高速压射充型时使浆料在内浇口的流动速度控制在0.6m/s~1.2m/s的超低速度,且浆料在型腔内以层流流动,即控制浆料在型腔流动时的雷诺数小于2300。雷诺数是流体力学概念,小于2300时为层流。
(8)、保压及取件。充满型腔后按照常规压铸工艺增压及保压,保压时间8s~10s,后开模、取件,制备出高质量分数(3%~10%)纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料零部件。
为了更详细的说明本发明方法,下面结合具体的实施例进一步阐明。
实施例1
第一步:称取平均粒径40nm、纯度大于99.9%的纳米SiC粉和平均粒径70μm、纯度大于等于99.85%的Al-Cu合金粉,其中纳米SiC粉占总重量的3%。配料前将纳米SiC粉进行烘干、氧化预处理。烘干温度在150℃时间1h,然后加热炉内升温到1000℃氧化2小时。
第二步:将混合粉末装入密封罐,抽真空,通氩气。将密封罐放到滚动混料机上机械搅拌混合10小时,制备出纳米陶瓷颗粒分布均匀的复合粉末。
第三步:将复合粉末放入热压烧结炉中热压成预制块,压力为10MPa,压制温度为400℃,采用定制的石墨模具,制成约150g的块体。
第四步:将装有预制块的坩埚放入高温电阻炉中750℃左右熔化、保温30分钟。
第五步:在700℃利用机械搅拌机对熔体机械搅拌15分钟左右,转速150转/分钟,液面采用覆盖剂和全程氩气保护,结束后扒除表面杂质。随后,将复合材料浆料进行高能超声振动处理。超声功率在1kW,超声时间2分钟。机械搅拌机的螺旋头深入液面以下10mm左右。
第六步:压铸前,压铸模具预热到250℃,并在模具内表面喷涂市售脱模剂等。在模具设计时采用较大截面积的内浇口,控制内浇口面积(mm2)等于0.18倍铸件重量(g)。
第七步:将超声处理后的复合材料浆料浇入压射室,然后利用压铸机冲头将浆料以超低速度推射进入已预热的模具型腔中。高速压射充型时使得浆料以层流流动,内浇口流动速度控制在0.6m/s。
第八步:压射完毕、浆料充满型腔后增压及保压,保压时间8s~10s后开模、取件,制备出高质量分数3%纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料零部件。
实施例2
第一步:称取平均粒径100nm、纯度大于99.9%的纳米SiC粉和平均粒径200μm、纯度大于等于99.85%的Al粉,其中纳米SiC粉占总重量的10%。配料前将纳米SiC粉进行烘干、氧化预处理。烘干温度在110℃时间1h,然后加热炉内升温到1000℃氧化2小时。
第二步:将混合粉末装入密封罐,抽真空,通氩气。将密封罐放到滚动混料机上机械搅拌混合20小时,制备出纳米陶瓷颗粒分布均匀的复合粉末。
第三步:将复合粉末放入热压烧结炉中热压(30MPa,500℃)成预制块,采用定制的石墨模具,制成约200g的块体。
第四步:将装有预制块的坩埚放入高温电阻炉中760℃左右熔化、保温40分钟。
第五步:在750℃利用机械搅拌机对熔体机械搅拌10分钟左右,转速250转/分钟,液面采用覆盖剂和全程氩气保护,结束后扒除表面杂质。随后,将复合材料浆料进行高能超声振动处理。超声功率在3kW,超声时间10分钟。
第六步:压铸前,压铸模具预热到350℃,并在模具内表面喷涂市售脱模剂等。在模具设计时采用较大截面积的内浇口,控制内浇口面积(mm2)等于0.25倍铸件重量(g)。
第七步:将超声处理后的复合材料浆料浇入压射室,然后利用压铸机冲头将浆料以超低速度推射进入已预热的模具型腔中。高速压射充型时使得浆料以层流流动,内浇口流动速度控制在1.2m/s。
第八步:压射完毕、浆料充满型腔后增压及保压,保压时间8s~10s后开模、取件,制备出高质量分数10%纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料零部件。
实施例3
第一步:称取平均粒径10nm、纯度大于99.9%的纳米Al2O3粉和平均粒径70μm、纯度大于等于99.85%的Al-Si粉,其中纳米Al2O3粉占总重量的5%。配料前将纳米Al2O3粉进行烘干。烘干温度在140℃时间1h。
第二步:将混合粉末装入密封罐,抽真空,通氩气。将密封罐放到滚动混料机上机械搅拌混合15小时,制备出纳米陶瓷颗粒分布均匀的复合粉末。
第三步:将复合粉末放入热压烧结炉中热压(20MPa,450℃)成预制块,采用定制的石墨模具,制成约150g的块体。
第四步:将装有预制块的坩埚放入高温电阻炉中740℃左右熔化、保温20分钟。
第五步:在700℃利用机械搅拌机对熔体机械搅拌12分钟左右,转速200转/分钟,液面采用覆盖剂和全程氩气保护,结束后扒除表面杂质。随后,将复合材料浆料进行高能超声振动处理。超声功率在2kW,超声时间5分钟。
第六步:压铸前,压铸模具预热到300℃,并在模具内表面喷涂市售脱模剂等。在模具设计时采用较大截面积的内浇口,控制内浇口面积(mm2)等于0.20倍铸件重量(g)。
第七步:将超声处理后的复合材料浆料浇入压射室,然后利用压铸机冲头将浆料以超低速度推射进入已预热的模具型腔中。高速压射充型时使得浆料以层流流动,内浇口流动速度控制在0.8m/s。
第八步:压射完毕、浆料充满型腔后增压及保压,保压时间8s~10s后开模、取件,制备出高质量分数5%纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料零部件。
实施例4
第一步:称取平均粒径60nm、纯度大于99.9%的纳米TiC粉和平均粒径20μm、纯度大于等于99.85%的Al-Si粉,其中纳米TiC粉占总重量的5%。配料前将纳米TiC粉进行烘干。烘干温度在140℃时间1h。
第二步:将混合粉末装入密封罐,抽真空,通氩气。将密封罐放到滚动混料机上机械搅拌混合15小时,制备出纳米陶瓷颗粒分布均匀的复合粉末。
第三步:将复合粉末放入热压烧结炉中热压(25MPa,450℃)成预制块,采用定制的石墨模具,制成约170g的块体。
第四步:将装有预制块的坩埚放入高温电阻炉中750℃左右熔化、保温30分钟。
第五步:在700℃利用机械搅拌机对熔体机械搅拌12分钟左右,转速200转/分钟,液面采用覆盖剂和全程氩气保护,结束后扒除表面杂质。随后,将复合材料浆料进行高能超声振动处理。超声功率在2kW,超声时间5分钟。
第六步:压铸前,压铸模具预热到300℃,并在模具内表面喷涂市售脱模剂等。在模具设计时采用较大截面积的内浇口,控制内浇口面积(mm2)等于0.20倍铸件重量(g)。
第七步:将超声处理后的复合材料浆料浇入压射室,然后利用压铸机冲头将浆料以超低速度推射进入已预热的模具型腔中。高速压射充型时使得浆料以层流流动,内浇口流动速度控制在0.8m/s。
第八步:压射完毕、浆料充满型腔后增压及保压,保压时间8s~10s后开模、取件,制备出高质量分数5%纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料零部件。
实施例5
第一步:称取平均粒径80nm、纯度大于99.9%的纳米Al2O3粉和平均粒径100μm、纯度大于等于99.85%的Al-Si粉,其中纳米Al2O3粉占总重量的7%。配料前将纳米Al2O3粉进行烘干。烘干温度在140℃时间1h。
第二步:将混合粉末装入密封罐,抽真空,通氩气。将密封罐放到滚动混料机上机械搅拌混合12小时,制备出纳米陶瓷颗粒分布均匀的复合粉末。
第三步:将复合粉末放入热压烧结炉中热压(10MPa,450℃)成预制块,采用定制的石墨模具,制成约180g的块体。
第四步:将装有预制块的坩埚放入高温电阻炉中760℃左右熔化、保温30分钟。
第五步:在700℃利用机械搅拌机对熔体机械搅拌10分钟左右,转速200转/分钟,液面采用覆盖剂和全程氩气保护,结束后扒除表面杂质。随后,将复合材料浆料进行高能超声振动处理。超声功率在2kW,超声时间3分钟。
第六步:压铸前,压铸模具预热到250℃,并在模具内表面喷涂市售脱模剂等。在模具设计时采用较大截面积的内浇口,控制内浇口面积(mm2)等于0.23倍铸件重量(g)。
第七步:将超声处理后的复合材料浆料浇入压射室,然后利用压铸机冲头将浆料以超低速度推射进入已预热的模具型腔中。高速压射充型时使得浆料以层流流动,内浇口流动速度控制在1.0m/s。
第八步:压射完毕、浆料充满型腔后增压及保压,保压时间8s~10s后开模、取件,制备出高质量分数7%纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料零部件。
本发明成形方法中,将纳米陶瓷粉与微米级铝粉或铝合金粉配制成纳米陶瓷颗粒含量为3%~10%的混合粉料,将混合粉料在密封罐内的氩气保护下机械混合制成复合粉料,将复合粉末热压成质量约150g~200g的预制块。将预制块在达到750℃左右熔化后,利用搅拌机机械搅拌,然后进行高能超声振动,进一步使纳米陶瓷颗粒在复合材料熔体中均匀分布。利用超低速层流压铸将复合材料熔体压射入模具型腔,控制压铸机高速压射充型时内浇口流动速度在0.6m/s~1.2m/s。开模取件,获得质量分数为3%~10%的纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料零部件。
本发明成形工艺简单易行、效果好,解决了浇铸高质量分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料粘度大、流动性差、陶瓷颗粒易团聚等的问题,采用本发明方法可制造出高质量纳米颗粒增强的铝基复合材料零件。
图4是本发明实施例中质量分数5%的纳米SiC颗粒增强铝基复合材料高倍下的颗粒分布图,该图是高倍下的扫描电子显微镜图片,由图可知,利用本发明制备出质量分数为5%纳米SiC颗粒增强ZL201铝合金基体复合材料中纳米增强颗粒分散均匀,其力学性能为:抗拉强度280MPa,屈服强度240MPa,伸长率6.2%。本复合材料抗拉强度和屈服强度高、韧性好、耐磨性好。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法,其特征在于,其用于制备纳米陶瓷粉末占原料总质量3%~10%的纳米颗粒增强铝基复合材料,其包括如下步骤:
S1:称取纳米陶瓷颗粒和微米铝基粉末,铝基粉末为铝合金粉或者铝粉,
S2:将微米铝基粉末和纳米陶瓷颗粒放入有混料陶瓷球的封闭罐体中,罐体中充入氩气保护,将罐体放到滚动混料机进行混料,滚动混料时间为10小时~20小时,混合制备出纳米陶瓷颗粒均匀分布的复合粉末,
S3:将复合粉末放入热压烧结炉中热压成预制块,热压压力10MPa~30MPa,压制温度400℃~500℃,预制块块体重量为150g~200g,
S4:将装有预制块的容器置于在740℃~760℃的高温下熔化,保温20分钟~40分钟,获得熔体,
S5:对熔体先执行机械搅拌,再执行超声振动,获得分散均匀的复合材料浆料,
S6:预热压铸模具,
S7:将复合材料浆料浇入压射室,然后利用压铸机冲头将浆料推射进入已预热的压铸模具型腔中,高速压射充型时使复合材料浆料在内浇口的流动速度控制在0.6m/s~1.2m/s的超低速度,且浆料在型腔内以层流流动,所述层流流动是指控制复合材料浆料在型腔流动时的雷诺数小于2300,
S8:待复合材料浆料充满型腔后,进行增压及保压,保压时间8s~10s,后开模、取件,制备获得高质量分数纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料,
其中,步骤S6与其前述步骤可以同步进行。
2.如权利要求1所述的一种纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法,其特征在于,步骤S1中,所选纳米陶瓷粉粒径为10nm~100nm,纳米陶瓷颗粒选自SiC、Al2O3和TiC,
纳米陶瓷粉进行烘干处理,烘干温度在110℃~150℃,当纳米陶瓷颗粒为纳米SiC颗粒,进行预氧化处理。
3.如权利要求2所述的一种纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法,其特征在于,步骤S1中,铝基粉末为微米级,其粒径为20μm~200μm。
4.如权利要求1-3之一所述的一种纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法,其特征在于,步骤S5中,在700℃~750℃利用机械搅拌机的螺旋头深入熔体中机械搅拌10~15分钟,转速150~250转/分钟,液面采用覆盖剂和全程氩气保护,结束后扒除表面杂质,
随后,将复合材料浆料进行高能超声振动,获得完全分散的纳米陶瓷颗粒复合材料半固态浆料。
5.如权利要求4所述的一种纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法,其特征在于,超声振动时,超声振动头伸入液面以下10mm,超声功率在1kW~3kW,时间为2分钟~10分钟。
6.如权利要求5所述的一种纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法,其特征在于,步骤S6中,压铸模具的内浇口横截面积的数值等于0.18~0.25倍铸件重量的数值,其中,内浇口横截面积的数值是以平方毫米为单位,铸件重量的数值是以克为单位。
7.如权利要求6所述的一种纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法,其特征在于,步骤S6中,压铸前,压铸模具预热到250℃~350℃,并在模具内表面喷涂脱模剂。
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