CN108330314B - 一种团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法；涉及一种复合材料的制备方法。目的是解决现有方法制备的SiCp/Al复合材料塑性韧性差、SiCp/Al复合材料制备成本高以及团簇型结构的SiCp/Al复合材料制备过程中复合材料的破碎效率低的问题。方法：一、复合材料废料清洗、烘干和分筛；二、复合材料粉末液氮球磨：三、预制体冷压制备：四、模具预热和铝金属熔融；五、液态铝浸渗；六、热挤压。有益效果：本发明制备的复合材料为团簇型复合材料，致密度高，拉强度以及塑性好，成本低，工艺难度低，易于实现材料的微观组织设计；本发明适用于制备团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料。

Description

一种团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法。
背景技术
SiCp/Al复合材料因其具有比刚/强度高、热膨胀系数小，耐磨、耐热性能好及优良的尺寸稳定性等优点，在汽车、电子、航空航天等领域有着广阔的应用价值，随着SiCp/Al复合材料的制备技术和加工技术的日益成熟，SiCp/Al复合材料的应用越来越广泛。但由于SiCp/Al复合材料中基体和增强体的力学性能差异较大，且SiCp的表面往往存在较多尖角，导致了SiCp/Al复合材料在受载荷时，在SiCp表面往往会产生较大的应力集中，导致了复合材料的塑性韧性差，这在中/高体积分数(>30vol.％)的复合材料中表现的尤为突出(延伸率<0.2％)，从而极大的限制了SiCp/Al复合材料的应用范围。
目前提高SiCp/Al复合材料的塑性和韧性的方法主要是通过进行复合材料的微观或介观组织设计来实现的，通过对增强体在复合材料内的人为调控，可以改善材料内部的应力应变协调状态。目前常见的增强体分布有团簇型、叠层状、3D网络型等形式。其中团簇型为连续的增强体团簇区被包埋在连续的基体中，即可描述为“复合材料内的复合材料”，叠层状为增强体团聚区域是连续的，可以棒状或片状存在，形成一维或二维连通；3D网络型即在三维方向上，增强体贫化区与增强体团簇区都形成了内连通结构。要实现叠层状，通常需要先制备复合材料板，再利用复合材料板制备材料；对于3D网络型而言，需要提前搭建复合材料框架，然后再向框架中渗入基体。叠层状和3D网络型等形式的SiCp/Al复合材料制备成本也相对较高，且难以大批量制备；而团簇型结构的SiCp/Al复合材料的需要先制备SiCp/Al复合材料颗粒作为增强体，在使用机械破碎方法制备SiCp/Al复合材料颗粒的过程中，SiCp/Al复合材料存在一定的塑性，在将其进行破碎时往往破碎效率低；在使用化学方法合成SiCp/Al复合材料颗粒时，存在成本较高的问题。
发明内容
本发明为了解决现有方法制备的SiCp/Al复合材料塑性韧性差、SiCp/Al复合材料制备成本高、以及团簇型结构的SiCp/Al复合材料制备过程中复合材料的破碎效率低的问题，提出一种团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法。提出一种团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法。
本发明团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、复合材料废料的预处理：
对复合材料废料进行破碎处理得到复合材料废料颗粒，使用表面去污剂对复合材料废料颗粒进行超声清洗，再使用酒精对复合材料废料颗粒进行超声清洗，然后将清洗后的复合材料废料颗粒送入烘干箱进行烘干处理，烘干处理后利用机械分筛得到复合材料废料粉末；
所述复合材料废料为SiCp/Al复合材料的废料，其中SiCp/Al复合材料中SiCp体积分数在30vol.％～70vol.％；
所述使用表面去污剂和酒精进行超声清洗时的超声波功率为200～400W，超声清洗时间为1～10min；
其中，超声清洗的目的是去除复合材料废料表面粘附的乳化剂、机油等杂质和污垢；
所述烘干温度为50～110℃，烘干时间为3～8h；
所述去污剂为铝合金清洗剂；
所述复合材料废料粉末的粒径为300μm～700μm；
二、复合材料粉末制备：
将步骤一中复合材料废料粉末置于球磨罐当中，并向球磨罐中加入直径为2mm～6mm的氧化铝球，将液氮倒入球磨罐中并盖上球磨罐盖板，待液氮全部蒸发后进行球磨，得到球磨后的复合材料废料粉末；
所述液氮的体积为氧化铝球和复合材料废料粉的总体积的2～3倍；
所述进行球磨时球磨转速为10～500r/min，球磨时间为6～12h，球料比为(5～8):1；
所述球磨后的复合材料废料粉末的平均粒径为80～250μm；
球磨的目的是将复合材料废料进行进一步破碎；并且利用金属的冷脆性，采用液氮低温球磨，可极大提高球磨效率，同时球磨罐内为氮气气氛，能有效防止球磨时复合材料废料颗粒的氧化；
三、预制体制备：
将步骤二所得的球磨后的复合材料废料粉末装入模具中进行冷压处理，得到复合材料预制体；
所述冷压处理的工艺为：以0.1～3mm/min的加压速度加压至0.1～0.5MPa并保压10～60s；
其中，保压10～60s能够保证预制块的稳定性；
四、模具预热：
将步骤三所得的预制体与模具一起放入加热炉内，在保护气氛下，将预制体加热到370℃～430℃并保温2～10h得到预热的复合材料预制体；称取质量为复合材料预制体质量1.5倍的铝金属，并在保护气氛下将铝金属加热至熔点以上150～250℃，得到熔融的铝金属；
所述保护气氛为氮气、氩气或氦气；
所述的铝金属为纯铝或铝合金；
所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Be合金、Al-Li合金、Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或几种的混合物；
五、液态铝浸渗：
将步骤四得到的装有预热的预制体的模具置于压力机台面上，将步骤四得到的熔融的铝金属浇筑在预热的预制体的上表面，然后进行压力浸渗处理，当熔融的铝金属完全浸渗到预热的预制体中后，以20～40℃/min的速度冷却至室温，最后脱模，得到团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料铸锭；
所述压力浸渗处理时施加的压力为50～100MPa，浸渗的速度为1～5mm/s；
六、热挤压：
将步骤五得到的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料铸锭置于热挤压机当中进行热挤压，即完成；
所述热挤压时施加的压力为10～50MPa，挤压速度为3～8mm/s，挤压温度为450～550℃，挤压比为(9～11):1。
其中，热挤压处理的目的是使在材料内部的SiCp/Al颗粒变形，SiCp/Al颗粒延挤压方向伸长，同时消除铸造缺陷，有利于提高复合材料的材料致密度和力学性能；
本发明的原理及有益效果为：
1、本发明成功制备出团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料，其微观组织结构为：SiCp/Al颗粒被连续的铝金属所包覆，SiCp增强体的体积分数调整可以通过调节冷压时的压力及保压时间实现；冷压处理的压力为0.1～0.5MPa时，能够得到含有20～30vol.％的SiCp增强体的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料；本发明制备的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料中，团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的密度为2.89～2.92g/cm3；
2、本发明提供了一种利用SiCp/Al复合材料废料制备团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的方法，实现了复合材料的微观组织设计，在使用复合材料加工废料作为原料的情况下，通过改变复合材料废料比例以及基体合金种类的方式，在制备的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料中形成了良好的应力应变配合，减少了应力集中，成功提高了颗粒增强复合材料的塑性和韧性；材料在经过上述基体合金种类改变的微观结构设计后，制备得到的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料更容易变形，成功提高了材料的塑性韧性，降低了金属基复合材料对于原材料的要求，因此复合材料原料成本低；本发明制备的团簇型(SiCp/Al)/Al)复合材料中，SiCp增强体的体积分数为30.vol％时且SiCp/Al颗粒的平均粒径为250μm时，团簇型(SiCp/Al)/Al)复合材料的抗拉强度达530MPa，伸长率达0.7％；SiCp增强体体积分数为20.vol％时且SiCp/Al颗粒的平均粒径为80μm时，团簇型(SiCp/Al)/Al)复合材料的伸长率达0.9％，抗拉强度达570MPa。而直接采用陶瓷颗粒作为增强体的SiCp/Al复合材料的抗拉强度仅为420MPa，延伸率仅为0.1％左右；
3、本发明采用压力浸渗作为材料复合方法，制备的复合材料无金属夹层缺陷；与直接采用陶瓷颗粒作为增强体并采用压力浸渗法制备复合材料相比，熔融的铝金属的制备温度从铝合金的熔点以上250～350℃降低至铝合金熔点以上150～250℃，降低了约为15％，浸渗时的压力降低了约20％；
4、本发明方法浸渗时，SiCp/Al颗粒与基体合金易于润湿，所需温度和压强均较低，从而降低了SiCp/Al复合材料的回收利用难度，制得的复合材料致密度接近100％；并且SiCp为非均匀分布，因为SiCp/Al颗粒在浸渗过程中不会融化，所以SiCp/Al颗粒不会发生重排，且基体合金连续排布，因此易于实现材料的微观组织设计；
5、现有技术中，SiCp增强体与液态的基体合金发生再次反应，在SiCp增强体和基体的结合处形成额外的界面产物，本发明中，由于SiCp/Al颗粒中基体Al和SiCp增强体已经反应复合，会导致SiCp/Al颗粒的熔点远高于基体合金的熔点，因此SiCp/Al颗粒不会在压力浸渗过程中融化，并且SiCp/Al颗粒中原有的基体合金包裹住了SiCp，避免了SiCp与新加入的液态合金的直接接触，从而避免了界面反应；
6、本发明制备的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料中SiCp/Al颗粒部分的尺寸调整可以通过调节球磨工艺来实现，利用大尺寸的SiCp/Al颗粒制备的复合材料强度和耐磨性更强，利用小尺寸的SiCp/Al颗粒制备的复合材料塑性韧性更高，并且本发明利用液氮对复合材料废料进行冷却导致复合材料废料发生冷却，可有效提高破碎效率，降低了SiCp/Al复合材料的回收利用难度；
7、本发明制备的(SiCp/Al)/Al复合材料具有更好的高温流动性，在高温下更容易热加工变形，从而利于铸造缺陷的消除，可以有效的提高复合材料的致密度；同时，热加工可以改变SiCp/Al颗粒的形状，如热挤压可以将SiCp/Al颗粒变为棒状，可以进一步调整材料内的应力应变关系，从而有效提高复合材料的力学性能；本发明制备的(SiCp/Al)/Al在经过热挤压后，拉伸强度可提高10％～15％。
附图说明：
图1为实施例1制备的热挤压前的团簇型(SiCp/2024Al)/6061Al复合材料的微观组织图片，1为SiCp/2024Al颗粒，2为6061Al；
图2为实施例1制备的热挤压后的团簇型(SiCp/2024Al)/6061Al复合材料的微观组织图片；图中虚线箭头为热挤压方向；
图3为实施例1制备的热挤压后垂直于挤压方向的团簇型(SiCp/2024Al)/6061Al复合材料的微观组织图片。
具体实施方式：
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：本实施方式团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、复合材料废料的预处理：
对复合材料废料进行破碎处理得到复合材料废料颗粒，使用表面去污剂对复合材料废料颗粒进行超声清洗，再使用酒精对复合材料废料颗粒进行超声清洗，然后将清洗后的复合材料废料颗粒送入烘干箱进行烘干处理，烘干处理后利用机械分筛得到复合材料废料粉末；
所述复合材料废料为SiCp/Al复合材料的废料，其中SiCp/Al复合材料中SiCp体积分数在30vol.％～70vol.％；
所述复合材料废料粉末的粒径为300μm～700μm；
二、复合材料粉末制备：
将步骤一中复合材料废料粉末置于球磨罐当中，并向球磨罐中加入直径为2mm～6mm的氧化铝球，将液氮倒入球磨罐中并盖上球磨罐盖板，待液氮全部蒸发后进行球磨，得到球磨后的复合材料废料粉末；
所述球磨后的复合材料废料粉末的平均粒径为80～250μm；
三、预制体制备：
将步骤二所得的球磨后的复合材料废料粉末装入模具中进行冷压处理，得到复合材料预制体；
四、模具预热：
将步骤三所得的预制体与模具一起放入加热炉内，在保护气氛下，将预制体加热到370℃～430℃并保温2～10h得到预热的复合材料预制体；称取质量为复合材料预制体质量1.5倍的铝金属，并在保护气氛下将铝金属加热至熔点以上150～250℃，得到熔融的铝金属；
五、液态铝浸渗：
将步骤四得到的装有预热的预制体的模具置于压力机台面上，将步骤四得到的熔融的铝金属浇筑在预热的预制体的上表面，然后进行压力浸渗处理，当熔融的铝金属完全浸渗到预热的预制体中后，以20～40℃/min的速度冷却至室温，最后脱模，得到团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料铸锭；
步骤五中所述压力浸渗处理时施加的压力为50～100MPa，浸渗的速度为1～5mm/s；
六、热挤压：
将步骤五得到的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料铸锭置于热挤压机当中进行热挤压，即完成。
本实施方式的原理及有益效果为：
1、本实施方式成功制备出团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料，其微观组织结构为：SiCp/Al颗粒被连续的铝金属所包覆，SiCp增强体的体积分数调整可以通过调节冷压时的压力及保压时间实现；冷压处理的压力为0.1～0.5MPa时，能够得到含有20～30vol.％的SiCp增强体的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料；本实施方式制备的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料中，团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的密度为2.89～2.92g/cm3；
2、本实施方式提供了一种利用SiCp/Al复合材料废料制备团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的方法，实现了复合材料的微观组织设计，在使用复合材料加工废料作为原料的情况下，通过改变复合材料废料比例以及基体合金种类的方式，在制备的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料中形成了良好的应力应变配合，减少了应力集中，成功提高了颗粒增强复合材料的塑性和韧性；材料在经过上述基体合金种类改变的微观结构设计后，制备得到的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料更容易变形，成功提高了材料的塑性韧性，降低了金属基复合材料对于原材料的要求，因此复合材料原料成本低；本实施方式制备的团簇型(SiCp/Al)/Al)复合材料中，SiCp增强体的体积分数为30.vol％时且SiCp/Al颗粒的平均粒径为250μm时，团簇型(SiCp/Al)/Al)复合材料的抗拉强度达530MPa，伸长率达0.7％；SiCp增强体体积分数为20.vol％时且SiCp/Al颗粒的平均粒径为80μm时，团簇型(SiCp/Al)/Al)复合材料的伸长率达0.9％，抗拉强度达570MPa。而直接采用陶瓷颗粒作为增强体的SiCp/Al复合材料的抗拉强度仅为420MPa，延伸率仅为0.1％左右；
3、本实施方式采用压力浸渗作为材料复合方法，制备的复合材料无金属夹层缺陷；与直接采用陶瓷颗粒作为增强体并采用压力浸渗法制备复合材料相比，熔融的铝金属的制备温度从铝合金的熔点以上250～350℃降低至铝合金熔点以上150～250℃，降低了约为15％，浸渗时的压力降低了约20％；
4、本实施方式方法浸渗时，SiCp/Al颗粒与基体合金易于润湿，所需温度和压强均较低，从而降低了SiCp/Al复合材料的回收利用难度，制得的复合材料致密度接近100％；并且SiCp为非均匀分布，因为SiCp/Al颗粒在浸渗过程中不会融化，所以SiCp/Al颗粒不会发生重排，且基体合金连续排布，因此易于实现材料的微观组织设计；
5、现有技术中，SiCp增强体与液态的基体合金发生再次反应，在SiCp增强体和基体的结合处形成额外的界面产物，本实施方式中，由于SiCp/Al颗粒中基体Al和SiCp增强体已经反应复合，会导致SiCp/Al颗粒的熔点远高于基体合金的熔点，因此SiCp/Al颗粒不会在压力浸渗过程中融化，并且SiCp/Al颗粒中原有的基体合金包裹住了SiCp，避免了SiCp与新加入的液态合金的直接接触，从而避免了界面反应；
6、本实施方式制备的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料中SiCp/Al颗粒部分的尺寸调整可以通过调节球磨工艺来实现，利用大尺寸的SiCp/Al颗粒制备的复合材料强度和耐磨性更强，利用小尺寸的SiCp/Al颗粒制备的复合材料塑性韧性更高，并且本实施方式利用液氮对复合材料废料进行冷却导致复合材料废料发生冷却，可有效提高破碎效率，降低了SiCp/Al复合材料的回收利用难度；
7、本实施方式制备的(SiCp/Al)/Al复合材料具有更好的高温流动性，在高温下更容易热加工变形，从而利于铸造缺陷的消除，可以有效的提高复合材料的致密度；同时，热加工可以改变SiCp/Al颗粒的形状，如热挤压可以将SiCp/Al颗粒变为棒状，可以进一步调整材料内的应力应变关系，从而有效提高复合材料的力学性能；本实施方式制备的(SiCp/Al)/Al在经过热挤压后，拉伸强度可提高10％～15％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述使用表面去污剂和酒精进行超声清洗时的超声波功率为200～400W，超声清洗时间为1～10min。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述烘干温度为50～110℃，烘干时间为3～8h。其他步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述去污剂为铝合金清洗剂。其他步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述液氮的体积为氧化铝球和复合材料废料粉的总体积的2～3倍。其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述进行球磨时球磨转速为10～500r/min，球磨时间为6～12h，球料比为(5～8):1。其他步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中所述冷压处理的工艺为：以0.1～3mm/min的加压速度加压至0.1～0.5MPa并保压10～60s。其他步骤和参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤四中所述保护气氛为氮气、氩气或氦气。其他步骤和参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中所述的铝金属为纯铝或铝合金；所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Be合金、Al-Li合金、Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或几种的混合物。其他步骤和参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤六中所述热挤压时施加的压力为10～50MPa，挤压速度为3～8mm/s，挤压温度为450～550℃，挤压比为(9～11):1。其他步骤和参数与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实验验证本发明的有益效果：
实施例1：
本实施例团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、复合材料废料的预处理：
对复合材料废料进行破碎处理得到复合材料废料颗粒，使用表面去污剂对复合材料废料颗粒进行超声清洗，再使用酒精对复合材料废料颗粒进行超声清洗，然后将清洗后的复合材料废料颗粒送入烘干箱进行烘干处理，烘干处理后利用机械分筛得到复合材料废料粉末；
所述复合材料废料为SiCp/Al复合材料的废料，其中SiCp/Al复合材料中SiCp体积分数在45vol.％；
所述使用表面去污剂和酒精进行超声清洗时的超声波功率为400W，超声清洗时间为3min；
其中，超声清洗的目的是去除复合材料废料表面粘附的乳化剂、机油等杂质和污垢；
所述烘干温度为110℃，烘干时间为3h；
所述去污剂为铝合金清洗剂；
所述复合材料废料粉末的粒径为500μm；
所述SiCp/Al复合材料中铝基体为2024铝合金；
二、复合材料粉末制备：
将步骤一中复合材料废料粉末置于球磨罐当中，并向球磨罐中加入直径为2mm的氧化铝球，将液氮倒入球磨罐中并盖上球磨罐盖板，待液氮全部蒸发后进行球磨，得到球磨后的复合材料废料粉末；
所述液氮的体积为氧化铝球和复合材料废料粉的总体积的3倍；
所述进行球磨时球磨转速为200r/min，球磨时间为8h，球料比为7:1；
所述球磨后的复合材料废料粉末的平均粒径为80μm；
球磨的目的是将复合材料废料进行进一步破碎；并且利用金属的冷脆性，采用液氮低温球磨，可极大提高球磨效率，同时球磨罐内为氮气气氛，能有效防止球磨时复合材料废料颗粒的氧化；
三、预制体制备：
将步骤二所得的球磨后的复合材料废料粉末装入模具中进行冷压处理，得到复合材料预制体；
所述冷压处理的工艺为：以0.1mm/min的加压速度加压至0.1MPa并保压60s；
四、模具预热：
将步骤三所得的预制体与模具一起放入加热炉内，在保护气氛下，将预制体加热到430℃并保温2h得到预热的复合材料预制体；称取质量为复合材料预制体质量1.5倍的铝金属，并在保护气氛下将铝金属加热至熔点以上150℃，得到熔融的铝金属；
所述保护气氛为氮气；
所述的铝金属为6061铝合金；所述6061铝合金中Mg的质量分数为0.8％～1.2％；
五、液态铝浸渗：
将步骤四得到的装有预热的预制体的模具置于压力机台面上，将步骤四得到的熔融的铝金属浇筑在预热的预制体的上表面，然后进行压力浸渗处理，当熔融的铝金属完全浸渗到预热的预制体中后，以30℃/min的速度冷却至室温，最后脱模，得到团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料铸锭；
所述压力浸渗处理时施加的压力为100MPa，浸渗的速度为1mm/s；
六、热挤压：
将步骤五得到的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料铸锭置于热挤压机当中进行热挤压，即完成；
所述热挤压时施加的压力为50MPa，挤压速度为8mm/s，挤压温度为500℃，挤压比为10:1。
本实施例制备的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的密度为2.89g/cm3；团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料中SiCp增强体体积分数为20.vol％时且SiCp/Al颗粒的平均粒径为80μm时，团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的伸长率达0.9％，抗拉强度达570MPa。
图1为实施例1制备的热挤压前的团簇型(SiCp/2024Al)/6061Al复合材料的微观组织图片，1为SiCp/2024Al颗粒，2为6061Al；图1可以看到，SiCp/Al颗粒部分独立，Al金属部分连续，SiCp/Al颗粒被连续的铝金属所包覆，为团簇结构；SiCp/Al颗粒部分结构完整，无破坏；图2为实施例1制备的热挤压后的团簇型(SiCp/2024Al)/6061Al复合材料的微观组织图片；图中虚线箭头为热挤压方向；图中可以看到，SiCp/Al复合材料部分随挤压方向发生了变形，且边界较明显，即实现了微观组织结构设计；图3为实施例1制备的热挤压后垂直于挤压方向的团簇型(SiCp/2024Al)/6061Al复合材料的微观组织图片。
实施例2：
本实施例团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法按以下步骤进行：
一、复合材料废料的预处理：
对复合材料废料进行破碎处理得到复合材料废料颗粒，使用表面去污剂对复合材料废料颗粒进行超声清洗，再使用酒精对复合材料废料颗粒进行超声清洗，然后将清洗后的复合材料废料颗粒送入烘干箱进行烘干处理，烘干处理后利用机械分筛得到复合材料废料粉末；
所述复合材料废料为SiCp/Al复合材料的废料，其中SiCp/Al复合材料中SiCp体积分数在45vol.％；
所述使用表面去污剂和酒精进行超声清洗时的超声波功率为400W，超声清洗时间为3min；
所述烘干温度为110℃，烘干时间为3h；
所述去污剂为铝合金清洗剂；
所述复合材料废料粉末的粒径为700μm；
二、复合材料粉末制备：
将步骤一中复合材料废料粉末置于球磨罐当中，并向球磨罐中加入直径为2mm～6mm的氧化铝球，将液氮倒入球磨罐中并盖上球磨罐盖板，待液氮全部蒸发后进行球磨，得到球磨后的复合材料废料粉末；
所述液氮的体积为氧化铝球和复合材料废料粉的总体积的3倍；
所述进行球磨时球磨转速为150r/min，球磨时间为8h，球料比为5:1；
所述球磨后的复合材料废料粉末的平均粒径为250μm；
球磨的目的是将复合材料废料进行进一步破碎；并且利用金属的冷脆性，采用液氮低温球磨，可极大提高球磨效率，同时球磨罐内为氮气气氛，能有效防止球磨时复合材料废料颗粒的氧化；
三、预制体制备：
将步骤二所得的球磨后的复合材料废料粉末装入模具中进行冷压处理，得到复合材料预制体；
所述冷压处理的工艺为：以1mm/min的加压速度加压至0.5MPa并保压10s；
其中，保压10s能够保证预制块的稳定性；
四、模具预热：
将步骤三所得的预制体与模具一起放入加热炉内，在保护气氛下，将预制体加热到370℃并保温2h得到预热的复合材料预制体；称取质量为复合材料预制体质量1.5倍的铝金属，并在保护气氛下将铝金属加热至熔点以上150℃，得到熔融的铝金属；
所述保护气氛为氮气、氩气或氦气；
所述的铝金属为6061铝合金；
五、液态铝浸渗：
将步骤四得到的装有预热的预制体的模具置于压力机台面上，将步骤四得到的熔融的铝金属浇筑在预热的预制体的上表面，然后进行压力浸渗处理，当熔融的铝金属完全浸渗到预热的预制体中后，以30℃/min的速度冷却至室温，最后脱模，得到团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料铸锭；
所述压力浸渗处理时施加的压力为100MPa，浸渗的速度为1mm/s；
六、热挤压：
将步骤五得到的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料铸锭置于热挤压机当中进行热挤压，即完成；
所述热挤压时施加的压力为50MPa，挤压速度为8mm/s，挤压温度为500℃，挤压比为10:1。
本实施例制备的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的密度为2.92g/cm3；团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料中SiCp增强体体积分数为30.vol％时且SiCp/Al颗粒的平均粒径为250μm时，团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的伸长率达0.7％，抗拉强度达530MPa。

Claims (10)

1.一种团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法，其特征在于：该方法按以下步骤进行：
一、复合材料废料的预处理：
对复合材料废料进行破碎处理得到复合材料废料颗粒，使用表面去污剂对复合材料废料颗粒进行超声清洗，再使用酒精对复合材料废料颗粒进行超声清洗，然后将清洗后的复合材料废料颗粒送入烘干箱进行烘干处理，烘干处理后利用机械分筛得到复合材料废料粉末；
所述复合材料废料为SiCp/Al复合材料的废料，其中SiCp/Al复合材料中SiCp体积分数在30vol.％～70vol.％；
所述复合材料废料粉末的粒径为300μm～700μm；
二、复合材料粉末制备：
将步骤一中复合材料废料粉末置于球磨罐当中，并向球磨罐中加入直径为2mm～6mm的氧化铝球，将液氮倒入球磨罐中并盖上球磨罐盖板，待液氮全部蒸发后进行球磨，得到球磨后的复合材料废料粉末；
所述球磨后的复合材料废料粉末的平均粒径为80～250μm；
三、预制体制备：
将步骤二所得的球磨后的复合材料废料粉末装入模具中进行冷压处理，得到复合材料预制体；
四、模具预热：
将步骤三所得的预制体与模具一起放入加热炉内，在保护气氛下，将预制体加热到370℃～430℃并保温2～10h得到预热的复合材料预制体；称取质量为复合材料预制体质量1.5倍的铝金属，并在保护气氛下将铝金属加热至熔点以上150～250℃，得到熔融的铝金属；
五、液态铝浸渗：
将步骤四得到的装有预热的预制体的模具置于压力机台面上，将步骤四得到的熔融的铝金属浇筑在预热的预制体的上表面，然后进行压力浸渗处理，当熔融的铝金属完全浸渗到预热的预制体中后，以20～40℃/min的速度冷却至室温，最后脱模，得到团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料铸锭；
步骤五中所述压力浸渗处理时施加的压力为50～100MPa，浸渗的速度为1～5mm/s；
六、热挤压：
将步骤五得到的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料铸锭置于热挤压机当中进行热挤压，即完成。
2.根据权利要求1所述的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述使用表面去污剂和酒精进行超声清洗时的超声波功率为200～400W，超声清洗时间为1～10min。
3.根据权利要求1所述的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述烘干温度为50～110℃，烘干时间为3～8h。
4.根据权利要求1所述的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述去污剂为铝合金清洗剂。
5.根据权利要求1所述的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二中所述液氮的体积为氧化铝球和复合材料废料粉的总体积的2～3倍。
6.根据权利要求1所述的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二中所述进行球磨时球磨转速为10～500r/min，球磨时间为6～12h，球料比为(5～8):1。
7.根据权利要求1所述的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法，其特征在于：步骤三中所述冷压处理的工艺为：以0.1～3mm/min的加压速度加压至0.1～0.5MPa并保压10～60s。
8.根据权利要求1所述的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法，其特征在于：步骤四中所述保护气氛为氮气、氩气或氦气。
9.根据权利要求1所述的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法，其特征在于：步骤四中所述的铝金属为纯铝或铝合金；所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Be合金、Al-Li合金、Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或几种的混合物。
10.根据权利要求1所述的团簇型(SiCp/Al)/Al复合材料的制备方法，其特征在于：步骤六中所述热挤压时施加的压力为10～50MPa，挤压速度为3～8mm/s，挤压温度为450～550℃，挤压比为(9～11):1。
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