CN111122457A - 一种铝基复合材料的内部偏析的检验方法 - Google Patents

一种铝基复合材料的内部偏析的检验方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料检测领域，公开了一种铝基复合材料的内部偏析的检验方法，包括以下步骤：(1)将铝基复合材料切割成多个块体；(2)将步骤(1)所得块体的切割面进行喷砂处理，对喷砂后的切割面进行观测。本发明通过喷砂铝基复合材料的表面，根据表面颜色的差异判断材料内部是否存在偏析，所述检验方法简单、方便，仪器设备要求低，检测成本低，效率高，准确率高，能够直观反应偏析程度，实用性强。

Description

一种铝基复合材料的内部偏析的检验方法
技术领域
本发明属于材料检测领域，特别涉及一种铝基复合材料的内部偏析的检验方法。
背景技术
在采用压力铸造工艺制备铝基复合材料的过程中，因为铝合金内部Si、Fe等元素含量较高，以及冷却结晶过程控制不当，极容易在复合材料中形成严重的成分偏析(合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析)，尤其是连续的、大面积组织偏析会直接导致复合材料在后期的机械加工和热处理过程中发生开裂。因此，在生产过程中需对材料内部的组织偏析进行检测评估，避免材料在加工或使用过程中发生断裂而失效。
对于复合材料内部成分偏析的检测方法可分为无损检测和破坏性检测。采用超声波无损检测材料内部成分偏析时，由于复合材料内部增强相界面的干扰，以及偏析组织与正常组织之间的声阻抗差异较小，导致设备分辨率较低，检出效果较差；且超声波检测过程对检验人员的经验、能力要求较高。采用金相法观测材料内部成分偏析时，由于检测设备的尺寸限制，只能截取局部区域试样进行检测，该种方法不能直观反映出偏析相的宏观分布状态，且制样过程复杂，需经过切割、研磨、抛光等过程，效率较低，仅适合微观层面的偏析检测。因此针对铝基复合材料而言，超声波探伤和金相法均不能直观地反映出被检材料内部的宏观偏析情况，且成本高，效率低。
因此希望提供一种成本低、效率高、且能直观反应偏析程度的检测方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种铝基复合材料的内部偏析的检验方法，检测成本低，效率高，能够直观反应偏析程度。
一种铝基复合材料的内部偏析的检验方法，包括以下步骤：
(1)取样，将铝基复合材料切割成多个块体；
(2)将步骤(1)所得块体的切割面进行喷砂处理，对喷砂后的切割面进行观测，是否出现颜色不均一的情况，若存在，则存在偏析，其中偏析区的颜色较深，非偏析区的颜色较浅；若不存在，则不存在偏析。
所述铝基复合材料含有Si，所述Si的质量分数高于2％。
优选的，步骤(1)所述的铝基复合材料为颗粒增强铝基复合材料，所述颗粒增强铝基复合材料包含增强体。
优选的，所述增强体包括SiC；进一步优选的，所述增强体还包括Al2O3或/和TiB2。
优选的，步骤(1)所述的铝基复合材料采用压力铸造液相复合工艺制备得到，压力铸造液相复合工艺属于本领域常规技术，主要包括将增强体颗粒与粘结剂等原料进行混合，造粒、压制，成型，烧结，制得三维连通的多孔性陶瓷预制体，所制多孔陶瓷预制体的孔径范围为0.5μm～30μm；然后通过气体或机械加压的方式将铝合金熔液压入陶瓷预制体中，在施加压力及毛细管力的作用下铝合金溶液与陶瓷预制体充分结合，经冷却后形成复合材料。
优选的，步骤(1)中切割是通过中走丝线切割机或水刀沿加工中心进行切割。
优选的，在步骤(2)喷砂之前，将步骤(1)中所述块体料的切割面进行清理，清除杂质和水分，利于喷砂作用，不受杂质与水分的干扰，检测结果更准确。
优选的，步骤(2)喷砂的过程使用砂料，所述砂料为刚玉砂、石英砂、氧化锆、碳化硅、金刚砂或铁砂中的一种或多种；进一步优选的，所述砂料为刚玉沙或石英砂。
优选的，所述砂料的粒径为0.05-1mm；进一步优选的，所述砂料的粒径为0.2-1mm。
优选的，步骤(2)喷砂的过程的风压为0.1-3MPa；进一步优选的，所述风压为0.1-1MPa。
优选的，步骤(2)喷砂的时间为3-15s；进一步优选的，步骤(2)喷砂的时间为3-10s。
步骤(2)中观测是对喷砂后的切割面进行肉眼观测，根据不同物相之间颜色差异观测其组织偏析情况，经过喷砂后，偏析区的颜色较深，而其它区域颜色相对较浅。偏析区颜色越深，颜色差异越明显，偏析情况越严重，偏析组织聚集程度越高；当切割面无明显颜色差异时，说明材料内部未发生明显的宏观偏析，或者说偏析组织的聚集程度较低，不会造成材料的开裂失效。
具体的，一种铝基复合材料的内部偏析的检验方法，包括以下步骤：
(1)取一定尺寸的铝基复合材料，采用中走丝线切割设备或水刀按切割线将铝基复合材料切割成多个块体；
(2)清除步骤(1)所得块体切割面上杂质和水分，然后进行喷砂处理，喷砂的风压为0.1-3MPa，喷砂的时间为3-15s，所用砂料为刚玉砂、石英砂、氧化锆、碳化硅、金刚砂或铁砂中的一种或多种，粒径为0.05-1mm；对喷砂后的切割面进行观测，是否出现颜色不均一的情况，若存在，则存在偏析，其中偏析区的颜色较深，非偏析区的颜色较浅；若不存在，则不存在偏析。
将所述检验方法应用在铝基复合材料的制备中。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明通过喷砂铝基复合材料的表面，根据表面颜色的差异判断材料内部是否存在偏析。因为偏析相是因为合金中各组成元素在结晶时分布不均匀形成的，在铝基复合材料中偏析相的硬度与铝基体的硬度不同，当高速砂粒冲击不同区域时，会使得其表面粗糙度产生差异，表面粗糙度的差异表现在宏观上就是颜色与光泽度的差异，根据颜色的差异即可从宏观上定性铝基复合材料是否存在偏析；若不经过喷砂处理，通过肉眼则无法判断是否存在偏析。本发明所述的检验方法，简单方便，仪器设备要求低，检测成本低，效率高，准确率高，能够直观反应偏析程度，实用性强。
附图说明
图1是本发明实施例1中铝基复合材料的切割方向示意图；
图2是本发明实施例1中被检铝基复合材料的切割面的偏析结果图。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
实施例1
选取尺寸为130mm×130mm×40mm，SiC颗粒体积分数为60％的铝基复合材料，所用铝合金中的Si质量分数为2.5％，采用中走丝线切割设备按图1(图中L代表铝基复合材料的长，W代表铝基复合材料的宽)所示的切割线1(宽度方向的中心线)的方向进行切割，分成两个块体，对块体的切割面进行清理，清除杂质和水分，观察表面的颜色差异，切割面颜色一致；将清理后的块体放入喷砂机中进行喷砂处理，喷砂面为切割面，所用砂料为刚玉砂，粒径为0.5-1mm，喷砂的风压为0.5MPa，喷砂的时间为5s；观察喷砂后的切割面，切割面存在颜色深浅差异，如图2(图中H代表铝基复合材料的高)，长度方向存在宏观偏析。
然后采用线切割设备按图1所示的切割线2(长度方向的中心线)的方向进行切割；对块体的切割面进行清理，清除杂质和水分，观察表面的颜色差异，切割面颜色一致；将清理后的块体放入喷砂机中进行喷砂处理，喷砂面为切割面，所用砂料为刚玉砂，粒径为0.5-1mm，喷砂的风压为0.5MPa，喷砂的时间为5s；观察喷砂后的切割面，切割面存在颜色深浅差异，宽度方向存在宏观偏析。
结果显示被检铝基复合材料内部存在宏观偏析，采用超声波检测进行验证，结果一致。
实施例2
选取尺寸为130mm×130mm×30mm，SiC颗粒体积分数为60％的铝基复合材料，所用铝合金中的Si含量为3％，采用中走丝线切割设备按宽度方向的中心线进行切割，分成两个块体，对块体的切割面进行清理，清除杂质和水分，观察表面的颜色差异，切割面颜色一致；将清理后的块体放入喷砂机中进行喷砂处理，喷砂面为切割面，所用砂料为氧化锆，粒径为0.05-0.5mm，喷砂的风压为1MPa，喷砂的时间为5s；观察喷砂后的切割面，切割面存在颜色深浅无差异，长度方向不存在宏观偏析。
然后采用线切割设备按长度方向的中心线进行切割；对块体的切割面进行清理，清除杂质和水分，观察表面的颜色差异，切割面颜色一致；将清理后的块体放入喷砂机中进行喷砂处理，喷砂面为切割面，所用砂料为氧化锆，粒径为0.6-0.8mm，喷砂的风压为3MPa，喷砂的时间为3s；观察喷砂后的切割面，切割面存在颜色深浅无差异，宽度方向不存在宏观偏析。
结果显示被检铝基复合材料内部不存在宏观偏析，采用超声波检测进行验证，结果一致。将被检材料用于后续的机械加工和热处理过程，不发生开裂。
实施例3
选取尺寸为160mm×130mm×30mm，Al2O3颗粒体积分数为40％的铝基复合材料，所用铝合金中的Si质量分数为4％，采用水刀按宽度方向的中心线进行切割，分成两个块体，对块体的切割面进行清理，清除杂质和水分，观察表面的颜色差异，切割面颜色一致；将清理后的块体放入喷砂机中进行喷砂处理，喷砂面为切割面，所用砂料为石英砂，粒径为0.1-0.5mm，喷砂的风压为1MPa，喷砂的时间为5s；观察喷砂后的切割面，切割面存在颜色深浅差异，长度方向存在宏观偏析。
然后采用线切割设备按长度方向的中心线进行切割；对块体的切割面进行清理，清除杂质和水分，观察表面的颜色差异，切割面颜色一致；将清理后的块体放入喷砂机中进行喷砂处理，喷砂面为切割面，所用砂料为石英砂，粒径为0.1-0.5mm，喷砂的风压为1MPa，喷砂的时间为5s；观察喷砂后的切割面，切割面存在颜色深浅差异，宽度方向存在宏观偏析。
结果显示被检铝基复合材料内部存在宏观偏析，采用超声波检测进行验证，结果一致。
实施例4
选取尺寸为130mm×130mm×30mm，SiC颗粒体积分数为60％的铝基复合材料，所用铝合金中的Si含量为8％，采用中走丝线切割设备按宽度方向的中心线进行切割，分成两个块体，对块体的切割面进行清理，清除杂质和水分，观察表面的颜色差异，切割面颜色一致；将清理后的块体放入喷砂机中进行喷砂处理，喷砂面为切割面，所用砂料为氧化锆，粒径为0.05-0.5mm，喷砂的风压为1MPa，喷砂的时间为5s；观察喷砂后的切割面，切割面存在颜色深浅无差异，长度方向不存在宏观偏析。
然后采用线切割设备按长度方向的中心线进行切割；对块体的切割面进行清理，清除杂质和水分，观察表面的颜色差异，切割面颜色一致；将清理后的块体放入喷砂机中进行喷砂处理，喷砂面为切割面，所用砂料为氧化锆，粒径为0.6-0.8mm，喷砂的风压为3MPa，喷砂的时间为3s；观察喷砂后的切割面，切割面存在颜色深浅无差异，宽度方向不存在宏观偏析。
结果显示被检铝基复合材料内部不存在宏观偏析，采用超声波检测进行验证，结果一致。将被检材料用于后续的机械加工和热处理过程，不发生开裂。
实施例5
选取尺寸为130mm×130mm×10mm，SiC颗粒体积分数为60％的铝基复合材料，所用铝合金中的Si质量分数为12％，采用中走丝线切割设备宽度方向的中心线进行切割，分成两个块体，对块体的切割面进行清理，清除杂质和水分，观察表面的颜色差异，切割面颜色一致；将清理后的块体放入喷砂机中进行喷砂处理，喷砂面为切割面，所用砂料为氧化锆，粒径为0.05-0.5mm，喷砂的风压为1MPa，喷砂的时间为5s；观察喷砂后的切割面，切割面存在颜色深浅差异，长度方向存在宏观偏析。
然后采用线切割设备长度方向的中心线进行切割；对块体的切割面进行清理，清除杂质和水分，观察表面的颜色差异，切割面颜色一致；将清理后的块体放入喷砂机中进行喷砂处理，喷砂面为切割面，所用砂料为氧化锆，粒径为0.6-0.8mm，喷砂的风压为3MPa，喷砂的时间为3s；观察喷砂后的切割面，切割面存在颜色深浅差异，宽度方向存在宏观偏析。
结果显示被检铝基复合材料内部存在宏观偏析，采用超声波检测进行验证，结果一致。
实施例6
选取尺寸为160mm×160mm×20mm，Al2O3颗粒体积分数为40％的铝基复合材料，所用铝合金中的Si质量分数为3％，采用水刀按宽度方向的中心线进行切割，分成两个块体，对块体的切割面进行清理，清除杂质和水分，观察表面的颜色差异，切割面颜色一致；将清理后的块体放入喷砂机中进行喷砂处理，喷砂面为切割面，所用砂料为石英砂，粒径为0.05-0.5mm，喷砂的风压为1MPa，喷砂的时间为5s；观察喷砂后的切割面，切割面存在颜色深浅差异，长度方向存在宏观偏析。
然后采用线切割设备按长度方向的中心线进行切割；对块体的切割面进行清理，清除杂质和水分，观察表面的颜色差异，切割面颜色一致；将清理后的块体放入喷砂机中进行喷砂处理，喷砂面为切割面，所用砂料为石英砂，粒径为0.05-0.5mm，喷砂的风压为1MPa，喷砂的时间为5s；观察喷砂后的切割面，切割面存在颜色深浅差异，宽度方向存在宏观偏析。
结果显示被检铝基复合材料内部存在宏观偏析，采用超声波检测进行验证，结果一致。
实施例7
选取尺寸为160mm×130mm×30mm，SiC颗粒体积分数为50％的铝基复合材料，所用铝合金中的Si含量为6％，采用中走丝线切割设备按宽度方向的中心线进行切割，分成两个块体，对块体的切割面进行清理，清除杂质和水分，观察表面的颜色差异，切割面颜色一致；将清理后的块体放入喷砂机中进行喷砂处理，喷砂面为切割面，所用砂料为氧化锆，粒径为0.05-0.5mm，喷砂的风压为1MPa，喷砂的时间为5s；观察喷砂后的切割面，切割面存在颜色深浅无差异，长度方向不存在宏观偏析。
然后采用线切割设备按长度方向的中心线进行切割；对块体的切割面进行清理，清除杂质和水分，观察表面的颜色差异，切割面颜色一致；将清理后的块体放入喷砂机中进行喷砂处理，喷砂面为切割面，所用砂料为氧化锆，粒径为0.6-0.8mm，喷砂的风压为3MPa，喷砂的时间为3s；观察喷砂后的切割面，切割面存在颜色深浅无差异，宽度方向不存在宏观偏析。
结果显示被检铝基复合材料内部不存在宏观偏析，采用超声波检测进行验证，结果一致。将被检材料用于后续的机械加工和热处理过程，不发生开裂。
综上，对被检铝基复合材料进行切割后，肉眼观察切割面，无法辨别颜色深浅的差异，即无法判断是否存在宏观偏析，采用喷砂处理后，切割面颜色存在深浅差异时，判断材料内部存在宏观偏析的情况，采用超声波检测进行验证，结果一致；切割面颜色不存在深浅差异时，判断材料内部不存在宏观偏析，采用超声波检测进行验证，结果一致，该材料用于后续的机械加工和热处理过程，不发生开裂，该检验方法准确、方便。

Claims (10)

1.一种铝基复合材料的内部偏析的检验方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将铝基复合材料切割成多个块体；
(2)将步骤(1)所得块体的切割面进行喷砂处理，对喷砂后的切割面进行观测。
2.根据权利要求1所述的检验方法，其特征在于，步骤(1)所述的铝基复合材料为颗粒增强铝基复合材料，所述颗粒增强铝基复合材料包含增强体。
3.根据权利要求2所述的检验方法，其特征在于，所述增强体包括SiC。
4.根据权利要求3所述的检验方法，其特征在于，所述增强体还包括Al2O3或/和TiB2。
5.根据权利要求1所述的检验方法，其特征在于，步骤(1)中所述的铝基复合材料采用压力铸造工艺制备得到。
6.根据权利要求1所述的检验方法，其特征在于，步骤(2)喷砂的过程中使用砂料，所述砂料为刚玉砂、石英砂、氧化锆、碳化硅、金刚砂或铁砂中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的检验方法，其特征在于，所述砂料的粒径为0.05-1mm。
8.根据权利要求1所述的检验方法，其特征在于，步骤(2)喷砂的过程的风压为0.1-3MPa。
9.根据权利要求1所述的检验方法，其特征在于，步骤(2)喷砂的时间为3-15s。
10.权利要求1-9中任一项所述的检验方法在铝基复合材料的制备中的应用。
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