CN110468308A

CN110468308A - 一种低成本高性能铝基复合材料坯锭的制备方法

Info

Publication number: CN110468308A
Application number: CN201910715245.5A
Authority: CN
Inventors: 刘惠; 李国爱; 何晓磊; 陈军洲; 马志锋; 陆政; 陈鹏宇
Original assignee: AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials
Current assignee: AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2019-11-19

Abstract

本发明是一种低成本高性能铝基复合材料坯锭的制备方法，该方法采用冷压+真空除气+热压的工艺方法，在大吨位液压机上制备了组织均匀，堆积密度高，界面结合性好，同时具有较高的塑性，成形性能好的铝基复合材料锭坯，坯锭直径尺寸范围为Ф400mm～Ф800mm。复合材料中增强体为碳化硅颗粒，增强体颗粒度为5μm～20μm，增强体含量为5wt.％～40wt.％，合金粉体为Al‑Cu系合金或Al‑Mg‑Si系合金，合金粉体颗粒度为20μm～100μm，合金粉体含量为60wt.％～95wt.％。该方法制备的坯锭经过挤压、锻压、轧制等常规热成形方法可制作挤压材、锻件、板材等产品，生产成本低且性能优良。

Description

一种低成本高性能铝基复合材料坯锭的制备方法

技术领域

本发明提供了一种低成本高性能铝基复合材料坯锭的制备方法，属于金属基复合材料技术领域。

背景技术

铝基复合材料具有高的比强度、比模量、良好的导电导热和高温性能，已经广泛应用于航空、航天、电子等领域。粉末冶金法是制备铝基复合材料最常用的工艺。目前，粉末冶金法常用工艺为包套装粉+真空除气+热等静压。一方面，热等静压的剪切作用小，不能完全消除孔洞和颗粒边界等缺陷；另外一方面，热等静压工艺受设备限制，主要制备Φ400mm以内中小规格粉末坯料，同时，该工艺对设备要求高，生产效率较低，成本极高，从而限制了其应用。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种低成本高性能铝基复合材料坯锭的制备方法，其目的是使坯锭的组织均匀，堆积密度高，界面结合性好，同时具有较高的塑性，成形性能好，坯锭直径尺寸范围达到Ф400mm～Ф800mm。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种低成本高性能铝基复合材料坯锭的制备方法的特征在于：在制备过程中，以碳化硅颗粒作为增强体加入到复合材料中，增强体颗粒度为5μm～20μm，增强体含量占复合材料重量的5wt.％～40wt.％。

在一种实施中，所述铝基复合材料由Al-Cu系合金粉体或Al-Mg-Si系合金粉体制成，合金粉体的颗粒度为20μm～100μm，合金粉体含量占复合材料重量的60wt.％～95wt.％。

在一种实施中，所述铝基复合材料坯锭的直径尺寸为Ф400mm～Ф800mm。

在一种实施中，该低成本高性能铝基复合材料坯锭的制备方法的步骤如下：

步骤一、将合金粉体与增强体颗粒充分混合均匀；

步骤二、先将钢包套放入模具中，然后将混好的粉末装入钢包套中，将粉末冷压压实；

步骤三、将钢包套从模具中取出放入加热炉中加热，并使用机械泵、分子泵抽真空，进行真空脱气处理；

步骤四、将钢包套密封处理，使其处于真空状态，将密封后的钢包套放入模具中，将粉末热压压实；

步骤五、将钢包套从模具中取出，机加工去除钢包套，得到铝基复合材料坯锭。

进一步，步骤一中采用机械法混合合金粉体颗粒与增强体颗粒，合金粉体与增强体颗粒度比值为5～15。

进一步，步骤二中钢包套选用不锈钢材料，冷压压力200～300MPa，粉末致密度为70～85％。

进一步，步骤三中的加热温度为460～500℃，保温时间24～48h，加热同时对炉内抽真空，真空度为1×10^-2～1×10^-4Pa。

进一步，步骤四中的热压温度为400～500℃，热压压力200～300MPa。

本发明技术方案采用冷压+真空除气+热压的工艺方法，在大吨位液压机上制备了组织均匀，堆积密度高，界面结合性好，同时具有较高的塑性，成形性能好的铝基复合材料坯锭，其优点是：

1、低成本。铝基复合材料坯锭制备采用了冷压+真空除气+热压的工艺方法，冷压和热压工艺均使用专用粉末压制模具，在大吨位压机上完成，真空除气工艺使用分子泵进行抽真空处理，此制备工艺对设备要求低，生产效率高，生产成本低；

2、高性能。铝基复合材料坯锭的组织均匀，增强体和合金粉体颗粒无明显偏聚和团簇，堆积密度高，界面结合性好，同时具有较高的塑性，成形性能好；

3、大规格。为了保证200～300MPa压制力，在10000t吨位液压机上，可以制备铝基复合材料坯锭的最大规格为Ф800mm；

4、宽制备工艺窗口。铝基复合材料坯锭的制备工艺均考虑了国内装备水平，具有较大的窗口，可以保证工业化生产的顺利实施。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于下述实施例。

表1给出了本发明所提出的铝基复合材料的合金粉体与增强体质量百分比实施例。制备该种铝基复合材料的方法的步骤如下：

1、采用机械法将合金粉体与增强体颗粒充分混合均匀，然后将混好的粉末装入钢包套中，在压力200～300MPa下，将粉末冷压压实，粉末致密度为70～ 85％；

2、将钢包套从冷压模具中取出放入加热炉中，在480℃下保温并使用分子泵抽真空，进行真空脱气处理，真空度1×10^-2～1×10^-3Pa，保温时间30h；

3、将钢包套密封处理，使其处于高真空状态，将密封后的钢包套放入模具中，在温度470℃、压力200～300MPa条件下，将粉末热压压实，将钢包套从模具中取出，机加工去除钢包套，从而制得铝基复合材料坯锭。

表1铝基复合材料的合金粉体与增强体质量百分比

实施例	合金粉体	质量百分比	增强体	质量百分比	坯料规格/mm
						1	Al-4Cu合金	85％	SiC	15％	Ф400
2	Al-4Cu合金	76％	SiC	24％	Ф800
						3	Al-Mg-0.8Si合金	81％	SiC	19％	Ф800
4	A．l-Mg-0.8Si合金	63％	SiC	37％	Ф400

对制备的铝基复合材料坯锭进行低倍、高倍、致密度及室温拉伸性能分析测试。坯锭低倍组织无裂纹和夹杂，无明显疏松和孔洞，组织均匀；高倍组织增强体和合金粉体颗粒无明显偏聚和团簇，粉末颗粒焊合好，界面结合性好；本发明制备的铝基复合材料坯锭的致密度和室温拉伸性能均优于热等静压工艺制备的坯锭，详细数据如表2、表3所示。

表2铝基复合材料坯锭致密度

表3铝基复合材料坯锭挤压热处理后的室温拉伸性能

。

Claims

1.一种低成本高性能铝基复合材料坯锭的制备方法，其特征在于：在制备过程中，以碳化硅颗粒作为增强体加入到复合材料中，增强体颗粒度为5μm～20μm，增强体含量占复合材料重量的5wt.％～40wt.％。

2.根据权利要求1所述的低成本高性能铝基复合材料坯锭的制备方法，其特征在于：所述铝基复合材料由Al-Cu系合金粉体或Al-Mg-Si系合金粉体制成，合金粉体的颗粒度为20μm～100μm，合金粉体含量占复合材料重量的60wt.％～95wt.％。

3.根据权利要求1所述的低成本高性能铝基复合材料坯锭的制备方法，其特征在于：所述铝基复合材料坯锭的直径尺寸为Ф400mm～Ф800mm。

4.根据权利要求1所述的低成本高性能铝基复合材料坯锭的制备方法，其特征在于：该制备方法的步骤如下：

步骤一、将合金粉体与增强体颗粒充分混合均匀；

5.根据权利要求4所述的低成本高性能铝基复合材料坯锭的制备方法，其特征在于：步骤一中采用机械法混合合金粉体颗粒与增强体颗粒，合金粉体与增强体颗粒度比值为5～15。

6.根据权利要求4所述的低成本高性能铝基复合材料坯锭的制备方法，其特征在于：步骤二中钢包套选用不锈钢材料，冷压压力200～300MPa，粉末致密度为70～85％。

7.根据权利要求4所述的低成本高性能铝基复合材料坯锭的制备方法，其特征在于：步骤三中的加热温度为460～500℃，保温时间24～48h，加热同时对炉内抽真空，真空度为1×10^-2～1×10^-4Pa。

8.根据权利要求4所述的低成本高性能铝基复合材料坯锭的制备方法，其特征在于：步骤四中的热压温度为400～500℃，热压压力200～300MPa。