CN108080628A - 一种低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法 - Google Patents

一种低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108080628A
CN108080628A CN201611037038.1A CN201611037038A CN108080628A CN 108080628 A CN108080628 A CN 108080628A CN 201611037038 A CN201611037038 A CN 201611037038A CN 108080628 A CN108080628 A CN 108080628A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
metal
low temperature
composition under
temperature solid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611037038.1A
Other languages
English (en)
Inventor
熊天英
王吉强
吴杰
杜昊
崔新宇
孔令艳
沈艳芳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Metal Research of CAS
Original Assignee
Institute of Metal Research of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Metal Research of CAS filed Critical Institute of Metal Research of CAS
Priority to CN201611037038.1A priority Critical patent/CN108080628A/zh
Publication of CN108080628A publication Critical patent/CN108080628A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/248—Thermal after-treatment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法。该方法首先利用多个送粉器独立输送不同种类的粉末到喷枪前端混合，采用冷喷涂的方法将混合粉末喷射到基体上形成金属基复合材料。随后将喷涂态的金属基复合材料进行热处理，改善复合材料性能。该方法可以通过调节送粉器的出粉速度，快速改变复合材料的组成，从而实现以Al2O3、SiC、B4C、TiC、Si等颗粒增强的Al、Ti、Ni、Cu等基的金属基复合材料的高通量制备。

Description

一种低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法
技术领域：
本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法。
背景技术：
高通量合成制备，即在一次实验中完成多组分目标材料体系制备，使制备具有高效性、系统性和一致性。其不但可以快速地提供有价值的研究成果，直接加速材料的筛选和优化，而且可以为材料模拟计算提供海量的基础数据和实验验证，使计算模型得到优化、修正。随着中国材料科技的快速发展和材料基因组方法在研发中不断被广泛采用，高通量制备技术的重要性将日益彰显。
目前，制备金属基复合材料的主要方法有搅拌铸造法、粉末冶金法、液态浸渗法、喷射沉积法等。以上制备金属基复合材料的方法普遍存在工艺复杂的问题，无法实现金属基复合材料的高通量制备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法，快速制备不同组分的金属基复合材料，加速金属基复合材料的筛选和优化。
本发明的技术方案如下：
一种低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法，包括以下步骤：
(1)调节不同送粉器的出粉速度，控制混合粉末：金属粉末和增强相粉末的组成；
(2)采用冷气动力喷涂将混合粉末直接喷涂到基体上，制备出块体金属基复合材料；
(3)对制备的复合材料进行热处理，改善其力学性能。
所述的低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法，步骤(1)中的金属粉末为Al、Ti、Ni或Cu，增强相粉末为Al2O3、SiC、B4C、TiC或Si。
所述的低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法，步骤(1)中的混合粉末中增强相粉末的含量为5～70wt.％。
所述的低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法，步骤(2)中冷气动力喷涂的操作条件为温度100～600℃，压力0.8～3.0MPa，喷涂距离5～40mm。
所述的低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法，步骤(2)中制备出的金属基复合材料，增强相种类≥1种，增强相的含量为5～50wt.％。
所述的低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法，步骤(3)中的热处理条件为温度100～800℃，保温时间为1～8h。
本发明的设计思想是：
本发明方法首先利用多个送粉器独立输送不同种类的粉末到喷枪前端混合，采用冷喷涂的方法将混合粉末喷射到基体上形成金属基复合材料。随后将喷涂态的金属基复合材料进行热处理，改善复合材料性能。该方法可以通过调节送粉器的出粉速度，快速改变复合材料的组成，从而实现以Al2O3、SiC、B4C、TiC、Si等颗粒增强的Al、Ti、Ni、Cu等基的金属基复合材料的高通量制备。
本发明的优点及有益效果是：
1.本发明可以通过控制不同送粉器的出粉速度，实现不同组分金属基复合材料的快速制备。
2.本发明制备的金属基复合材料，制备温度低于600℃，金属和增强相颗粒在固态下共沉积，不会存在界面反应。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法，包括如下步骤：
步骤1调节送粉：调节不同送粉器的出粉速度，控制混合粉末的组成，其中增强相颗粒所占质量分数为5～70％(20～40％)。
步骤2喷涂：采用步骤1中的送粉速度，采用冷喷涂设备将混合粉末直接喷涂到基体上形成金属基复合材料。冷喷涂设备的操作条件为温度100～600℃(优选为300～500℃)，压力0.8～3.0MPa(优选为1.5～2.5MPa)，喷涂距离5～40mm(优选为15～30mm)。
步骤3热处理：对冷喷涂制备的金属基复合材料进行热处理，热处理条件为温度100～800℃(优选为300～600℃)，保温时间为1～8h(优选为4～6h)。
下面对本发明的实施例作详细说明，在以发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下面的实施例。
实施例1
本实施例中，控制送粉器A中平均粒度为10μm的B4C粉末的出粉速度为5～30g/min，控制送粉器B中平均粒度为20um的Al合金粉末的出粉速度为10～100g/min，使混合粉末中B4C的含量在5～60wt.％间变化；随后用冷喷涂设备在Al合金基体上共沉积该混合粉末，操作温度400℃，操作压力2.0MPa，喷涂距离10mm；随后将制备的复合材料在400℃热处理2h，随炉冷却，制备出不同组分的Al-B4C复合材料，其中B4C颗粒含量为5～40wt.％。
实施例2
本实施例中，控制送粉器A中平均粒度为15μm的TiC粉末的出粉速度为5～30g/min，控制送粉器B中平均粒度为20um的TC4粉末的出粉速度为10～100g/min，使混合粉末中TiC的含量在5～60wt.％间变化；随后用冷喷涂设备在Al合金基体上共沉积该混合粉末，操作温度600℃，操作压力2.0MPa，喷涂距离15mm；随后将制备的复合材料在600℃热处理2h，随炉冷却，制备出不同组分的TC4-TiC复合材料，其中TiC颗粒含量为5～50wt.％。
实施例3
本实施例中，控制送粉器A中平均粒度为10μm的SiC粉末的出粉速度为5～30g/min，控制送粉器B中平均粒度为20um的Al合金粉末的出粉速度为10～100g/min，使混合粉末中SiC的含量在5～60wt.％间变化；随后用冷喷涂设备在Al合金基体上共沉积该混合粉末，操作温度350℃，操作压力2.0MPa，喷涂距离10mm；随后将制备的复合材料在400℃热处理2h，随炉冷却，制备出不同组分的Al-SiC复合材料，其中SiC颗粒含量为5～50wt.％。
实施例4
本实施例中，控制送粉器A中平均粒度为10μm的B4C粉末的出粉速度为5～30g/min，控制送粉器B中平均粒度为10um的SiC粉末的出粉速度为5～30g/min，控制送粉器C中平均粒度为20um的Al合金粉末的出粉速度为50～100g/min，使混合粉末中B4C的含量在5～30wt.％间变化，SiC的含量在5～30wt.％间变化；随后用冷喷涂设备在Al合金基体上共沉积该混合粉末，操作温度400℃，操作压力2.0MPa，喷涂距离10mm；随后将制备的复合材料在350℃热处理2h，随炉冷却，制备出不同组分的Al-B4C-SiC复合材料，其中B4C颗粒含量为5～20wt.％，SiC颗粒含量为5～20wt.％。
实施例结果表明，本发明采用冷气动力喷涂共沉积制备颗粒增强金属基复合材料，通过控制不同送粉器的出粉速度，实现不同组分复合材料的高通量制备。该方法操作简单，易于控制，国内外未见报导。

Claims (6)

1.一种低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)调节不同送粉器的出粉速度，控制混合粉末：金属粉末和增强相粉末的组成；
(2)采用冷气动力喷涂将混合粉末直接喷涂到基体上，制备出块体金属基复合材料；
(3)对制备的复合材料进行热处理，改善其力学性能。
2.按照权利要求1所述的低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法，其特征是：步骤(1)中的金属粉末为Al、Ti、Ni或Cu，增强相粉末为Al2O3、SiC、B4C、TiC或Si。
3.按照权利要求1所述的低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法，其特征是：步骤(1)中的混合粉末中增强相粉末的含量为5～70wt.％。
4.按照权利要求1所述的低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法，其特征是：步骤(2)中冷气动力喷涂的操作条件为温度100～600℃，压力0.8～3.0MPa，喷涂距离5～40mm。
5.按照权利要求1所述的低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法，其特征是：步骤(2)中制备出的金属基复合材料，增强相种类≥1种，增强相的含量为5～50wt.％。
6.按照权利要求1所述的低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法，其特征是：步骤(3)中的热处理条件为温度100～800℃，保温时间为1～8h。
CN201611037038.1A 2016-11-23 2016-11-23 一种低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法 Pending CN108080628A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611037038.1A CN108080628A (zh) 2016-11-23 2016-11-23 一种低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611037038.1A CN108080628A (zh) 2016-11-23 2016-11-23 一种低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108080628A true CN108080628A (zh) 2018-05-29

Family

ID=62168177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611037038.1A Pending CN108080628A (zh) 2016-11-23 2016-11-23 一种低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108080628A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109439960A (zh) * 2018-11-21 2019-03-08 兰州理工大学 磨损罗茨风机盖板的冷喷涂増材修复材料与修复方法
CN111349806A (zh) * 2020-02-19 2020-06-30 哈尔滨工业大学 快速分析三元液态合金基体与增强体润湿-反应行为的高通量装置和制备分析方法
CN113500206A (zh) * 2021-05-24 2021-10-15 中国工程物理研究院材料研究所 一种陶瓷增强合金中纳米陶瓷相的高通量优选方法
TWI760269B (zh) * 2021-07-30 2022-04-01 宏進金屬科技股份有限公司 散熱片之製法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101838809A (zh) * 2009-03-18 2010-09-22 中国科学院金属研究所 一种钛合金高温防护涂层及其制备方法
CN102134714A (zh) * 2010-01-27 2011-07-27 中国科学院金属研究所 一种氧化铝强化高温防护涂层及其制备方法
CN102527544A (zh) * 2012-02-24 2012-07-04 中国科学院金属研究所 一种制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂装置及方法
EP2551023A2 (en) * 2011-07-26 2013-01-30 General Electric Company Multi-nozzle spray gun
CN104404505A (zh) * 2014-11-25 2015-03-11 开封大学 Cu/Mo/Cu复合薄板的喷涂制备方法
CN106048596A (zh) * 2016-04-06 2016-10-26 中国科学院金属研究所 一种Ti2AlC相陶瓷涂层的冷喷涂原位生成制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101838809A (zh) * 2009-03-18 2010-09-22 中国科学院金属研究所 一种钛合金高温防护涂层及其制备方法
CN102134714A (zh) * 2010-01-27 2011-07-27 中国科学院金属研究所 一种氧化铝强化高温防护涂层及其制备方法
EP2551023A2 (en) * 2011-07-26 2013-01-30 General Electric Company Multi-nozzle spray gun
CN102527544A (zh) * 2012-02-24 2012-07-04 中国科学院金属研究所 一种制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂装置及方法
CN104404505A (zh) * 2014-11-25 2015-03-11 开封大学 Cu/Mo/Cu复合薄板的喷涂制备方法
CN106048596A (zh) * 2016-04-06 2016-10-26 中国科学院金属研究所 一种Ti2AlC相陶瓷涂层的冷喷涂原位生成制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ONUR MEYDANOGLU: "Microstructure, mechanical properties and corrosion performance of 7075 Al matrix ceramic particle reinforced composite coatings produced by the cold gas dynamic spraying process", 《SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY》 *
赵亚忠: "《机械工程材料》", 30 September 2016 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109439960A (zh) * 2018-11-21 2019-03-08 兰州理工大学 磨损罗茨风机盖板的冷喷涂増材修复材料与修复方法
CN111349806A (zh) * 2020-02-19 2020-06-30 哈尔滨工业大学 快速分析三元液态合金基体与增强体润湿-反应行为的高通量装置和制备分析方法
CN111349806B (zh) * 2020-02-19 2021-02-09 哈尔滨工业大学 快速分析三元液态合金基体与增强体润湿-反应行为的高通量装置和制备分析方法
CN113500206A (zh) * 2021-05-24 2021-10-15 中国工程物理研究院材料研究所 一种陶瓷增强合金中纳米陶瓷相的高通量优选方法
TWI760269B (zh) * 2021-07-30 2022-04-01 宏進金屬科技股份有限公司 散熱片之製法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108265216B (zh) 基于(Ti,Me)CN-TiCN-MxC-Co的金属陶瓷材料及其制备方法
CN108080628A (zh) 一种低温固态下颗粒增强金属基复合材料的高通量制备方法
Kang et al. Tungsten/copper composite deposits produced by a cold spray
CN104174987B (zh) 在金属基体表面制备金属间化合物涂层的方法
CN102134714B (zh) 一种氧化铝强化高温防护涂层及其制备方法
CN103725945B (zh) 一种高硬度碳化钨基耐磨涂层材料及其制备方法
CN108315686A (zh) 一种伪高熵合金涂层配方及其涂层制备方法
CN102248171A (zh) 氧过饱和铁基合金粉末的气体雾化制备方法
CN111101026A (zh) 一种高强高韧铝基复合材料的制备方法
CN102400001A (zh) 一种原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN102168267A (zh) 节约氦气的优化冷喷涂方法
CN106493348B (zh) 一种TiAl3／Al2O3复合粉末及其制备方法和应用
CN106498350A (zh) 硅铝溅射靶材的制备方法
CN105506564A (zh) 一种旋转硅镁合金靶材及其制备方法
KR20130051289A (ko) 저온분사 코팅방법 및 이에 의해 제조되는 코팅층
CN102181856A (zh) 采用冷喷涂技术制备复合梯度材料的方法
Shin et al. Effect of particle parameters on the deposition characteristics of a hard/soft-particles composite in kinetic spraying
CN100999018A (zh) 铝－原位硼化钛复合粉末
CN103014492A (zh) 一种Mo2FeB2基热喷涂合金粉末的制备方法
CN110616424A (zh) 一种冷喷涂技术制备耐蚀耐磨铝基非晶复合涂层的方法
CN106119663A (zh) 水泥回转窑上过渡带内表面用合金粉体、制备及其涂层
CN101928909B (zh) 一种利用爆炸喷涂制备铌钛铝合金涂层的方法
CN105164303B (zh) 沉积腐蚀保护涂层的方法
CN102978426A (zh) 一种碳化钨复合粉末的制备方法
CN105463283A (zh) 一种硼化钨系热喷涂涂层材料的制备方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180529

RJ01 Rejection of invention patent application after publication