CN116121580A - 铝基复合材料及其制备方法、应用和电力连接金具 - Google Patents

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Abstract

本发明提高了一种铝基复合材料及其制备方法、应用和电力连接金具，其中铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：将碳化硅与铝粉混合，制备Al‑SiC复合材料块体；将铝锭、镁锭、Al‑Cu中间合金及Al‑Zr中间合金进行熔化处理，制得第一熔体；将Al‑SiC复合材料块体与第一熔体进行熔化处理，制得第二熔体；对第二熔体进行精炼处理；将精炼处理后的第二熔体进行浇铸成型处理，制得铝基复合材料。碳化硅颗粒均匀分布在铝合金基体的内部或均匀分布在铝合金基体的内部和表面，同时碳化硅颗粒与铝合金基体之间的结合强度高，该铝基复合材料能更好的应用在金具、微电子、焊接等领域。

Description

铝基复合材料及其制备方法、应用和电力连接金具
技术领域
本发明涉及铝基合金技术领域，特别是涉及一种铝基复合材料及其制备方法、应用和电力连接金具。
背景技术
与传统的铝合金相比，依据基体合金和增强颗粒的选择制备得到的颗粒增强铝基复合材料不仅可以兼有铝合金的高强度、良好的延伸率和增强颗粒的高弹性模量、高硬度，还具有各向同性，是研究最多、潜在应用前景最广的金属基复合材料。其中，从增强体的硬度、密度、弹性模量、熔点、热膨胀系数、热稳定性、成本和基体合金相容性等方面综合考虑碳化硅作为合适的铝基体增强颗粒。
相关技术中，碳化硅颗粒作为增强相引入基体合金中时，碳化硅颗粒无法在基体合金中均匀分散，且碳化硅颗粒与基体合金之间的结合强度低。此外，颗粒增强铝基复合材料的成型工艺相对于铸造合金较为复杂、成本较高。
发明内容
基于此，有必要提供一种碳化硅颗粒能够在基体合金中均匀分布，且碳化硅颗粒和基体合金之间的结合强度高的铝基复合材料及其制备方法、应用和电力连接金具。
本发明的第一方面提供了一种铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将碳化硅与铝粉混合，制备Al-SiC复合材料块体；
将铝锭、镁锭、Al-Cu中间合金及Al-Zr中间合金进行熔化处理，制得第一熔体；
将所述Al-SiC复合材料块体与所述第一熔体进行熔化处理，制得第二熔体；
对所述第二熔体进行精炼处理；
将精炼处理后的所述第二熔体进行浇铸成型处理，制得所述铝基复合材料。
在一些实施例中，制备所述Al-SiC复合材料块体时包括下述条件中的至少一项：
(1)所述碳化硅的质量占所述碳化硅和所述铝粉的总质量的百分比为40～70％；
(2)所述碳化硅的体积平均粒径Dv50为1～40μm；
(3)所述铝粉的体积平均粒径Dv50为10～80μm；
(4)对所述碳化硅和所述铝粉混合后的混粉进行冷等静压成型处理，制得所述铝基复合材料；
可选地，进行冷等静压成型处理时的压力为200～220MPa，时间为5～15min。
在一些实施例中，制备所述第一熔体时包括下述条件中的至少一项：
(1)所述铝锭和所述镁锭的纯度各自独立地≥99.95％；
(2)所述Al-Cu中间合金中Cu的质量占比为30％；
(3)所述Al-Zr中间合金中Zr的质量占比为30％；
(4)所述将铝锭、镁锭、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金进行熔化处理的步骤，具体包括：
在氩气氛围下，将所述铝锭和所述镁锭进行熔化处理，待所述铝锭和所述镁锭熔化后加入所述Al-Cu中间合金及Al-Zr中间合金，继续进行熔化处理；
可选地，对所述铝锭和所述镁锭进行熔化处理时的温度为720～750℃；
加入所述Al-Cu中间合金及所述Al-Zr中间合金后进行熔化处理时的温度为760～780℃。
在一些实施例中，进行精炼处理时包括下述条件中的至少一项：
(1)所述精炼剂包括C2Cl6；
(2)所述精炼剂的质量占所述第二熔体的质量的比例为3％。
在一些实施例中，进行所述浇铸成型处理时，所述第二熔体的温度为640～680℃。
在一些实施例中，还包括对所述铝基复合材料进行热塑性变形处理的步骤；
可选地，对所述铝基复合材料进行热塑性变形处理时采用的工艺包括热挤压、轧制和锻造中的一种或多种。
在一些实施例中，以质量百分比计，所述第一熔体包括2～5％的Cu、1～2％的Mg和0.5～1％的Zr，余量为Al；
采用所述方法制备得到的铝基复合材料中，所述碳化硅颗粒在所述铝基复合材料中的质量占比为1～30％。
本发明第二方面还提供了一种铝基复合材料，其采用第一方面的铝基复合材料的制备方法制备得到。
本发明的第三方面还提供了一种如第一方面的方法制备得到的铝基复合材料或如第二方面的铝基复合材料在制备电力连接金具中的应用。
本发明的第四方面还提供了一种电力连接金具，其制备原料包括如第一方面的方法制备得到的铝基复合材料或如第二方面的铝基复合材料。
上述提供的铝基复合材料及其制备方法、应用和电力连接金具，制备铝基复合材料时，通过粉末冶金及冷等静压法将碳化硅先与铝粉混合加工成块体材料，然后和铝锭、镁锭、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金共同制备铝合金第二熔体，更好地解决了碳化硅与铝基材料润湿性差、易团聚的问题；并且碳化硅通过中间合金的方式进入铝合金基体，可以细化晶粒。钉扎位错，从而可进一步强化铝合金基体的强度。制备得到的铝基复合材料中以碳化硅颗粒作为增强相，碳化硅颗粒均匀分布在铝合金基体的内部或均匀分布在铝合金基体的内部和表面，同时碳化硅颗粒与铝合金基体之间的结合强度高，该铝基复合材料能更好的应用在金具、微电子、焊接等领域。
附图说明
图1为实施例1中铝基复合材料的扫描电子显微镜示意图；
图2为对比例1中铝基复合材料的扫描电子显微镜示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
在本文中，涉及数据范围的单位，如果仅在右端点后带有单位，则表示左端点和右端点的单位是相同的。比如，1～40μm表示左端点“1”和右端点“40”的单位都是μm。
本文仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任意上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，每个单独公开的点或单个数值自身可以作为下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
本发明中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在发明的描述中，“多种”的含义是至少两种，例如两种，三种等，除非另有明确具体的限定。
如果没有特别的说明，本发明的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。如果没有特别的说明，本发明的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。
颗粒增强铝基复合材料兼有铝合金的高强度、良好的延伸率和增强颗粒的高弹性模量、高硬度，还具有各向同性，是研究最多、潜在应用前景最广的金属基复合材料。碳化硅颗粒具有高硬度、高比强度、比模量，并且具备良好的耐磨性、耐热性，在高温下仍可维持较高的强度，且采用粉末冶金制备的碳化硅增强铝基复合材料具有比强度高、设计性强等优异特性，因此碳化硅为合适的铝基体增强颗粒。
目前，碳化硅颗粒作为增强相引入基体合金中时，碳化硅颗粒无法在基体合金中均匀分散，且碳化硅颗粒与基体合金之间的结合强度低。颗粒增强铝基复合材料的成型工艺相对于铸造合金较为复杂、成本较高。
在电力连接金具领域，所用材料大多为结构钢和铸铁等钢铁材料，然后这些材料存在质量重、耐磨性能和耐腐蚀性能差等弊端，需要进行额外的表面处理来增加其耐腐蚀性和耐磨性，工艺繁琐。
为了解决上述问题，本发明提供了一种铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：将碳化硅与铝粉混合，制备Al-SiC复合材料块体；将铝锭、镁锭、Al-Cu中间合金及Al-Zr中间合金进行熔化处理，制得第一熔体；将Al-SiC复合材料块体与第一熔体进行熔化处理，制得第二熔体；对第二熔体进行精炼处理；将精炼处理后的第二熔体进行浇铸成型处理，制得铝基复合材料。
可理解地，制备铝基复合材料时，通过粉末冶金及冷等静压法将碳化硅先与铝粉混合加工成块体材料，然后和铝锭、镁锭、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金共同制备第二熔体，更好地解决了碳化硅与铝基材料润湿性差、易团聚的问题；并且碳化硅通过中间合金的方式进入铝合金基体，可以细化晶粒。钉扎位错，从而可进一步强化铝合金基体的强度。制备得到的铝基复合材料中以碳化硅颗粒作为增强相，碳化硅颗粒均匀分布在铝合金基体的内部或均匀分布在铝合金基体的内部和表面，同时碳化硅颗粒与铝合金基体之间的结合强度高。
此外，通过在铝合金中添加Cu、Mg和Zr元素并调控Cu、Mg和Zr元素的质量占比，且以碳化硅颗粒为增强相并调控碳化硅颗粒与铝合金基体的质量比，制得的铝基复合材料的防腐性能及耐磨性能均显著提高。
在一些实施方式中，制备Al-SiC复合材料块体时，碳化硅的质量占碳化硅和铝粉的总质量的百分比为40～70％；例如，可以为43～70％、43～68％、45～65％、47～63％、50～60％、63～68％、65～68％、63～65％或40～63％等，具体不做限定。
在一些实施例中，制备Al-SiC复合材料块体时，碳化硅的体积平均粒径Dv50为1～40μm；例如，可以为3～40μm、3～37μm、5～35μm、8～33μm、10～30μm、13～28μm、15～25μm、18～23μm、20～23μm或1～30μm等，具体不做限定。碳化硅的体积平均粒径Dv50在上述范围内时，有利于降低生产成本。
在一些实施方式中，制备Al-SiC复合材料块体时，铝粉的体积平均粒径Dv50为10～80μm；例如，可以为15～80μm、15～75μm、20～70μm、25～65μm、30～60μm、35～55μm、40～50μm、45～50μm、40～45μm或10～60μm等，具体不做限定。铝粉的体积平均粒径Dv50在上述范围内时，有利于进一步降低生产成本。
在一些实施方式中，制备Al-SiC复合材料块体时，对碳化硅和铝粉混合后的混粉进行冷等静压成型处理，制得铝基复合材料。可选地，进行冷等静压成型处理时的压力为200～220MPa；例如，可以为202～220MPa、202～217MPa、205～215MPa、208～213MPa、210～213MPa、208～210MPa或200～216MPa等，具体不做限定。冷等静压成型处理的时间为5～15min；例如，可以为6～14min、7～13min、8～12min、9～11min、10～11min或5～13min等，具体不做限定。
作为示例，制备Al-SiC复合材料块体时可采用如下方法进行：称取碳化硅粉和纯铝粉，其中碳化硅粉的质量占碳化硅粉和纯铝粉总质量的比例为40～70％；将碳化硅粉和纯铝粉于V型混粉机中混合24小时及以上，制得混粉；将混粉装入橡胶包套中密封，然后进行冷等静压成型处理，压力为200～220MPa，时间5～15min，制得Al-SiC复合材料块体。
在一些实施方式中，制备第二熔体时，铝锭和镁锭的纯度各自独立地≥99.95％。
在一些实施方式中，制备第二熔体时，Al-Cu中间合金中Cu的质量占比为30％，即Al-Cu中间合金为Al-30Cu。
在一些实施例中，制备第二熔体时，Al-Zr中间合金中Zr的质量占比为30％，即Al-Zr中间合金为Al-30Zr。
在一些实施方式中，制备第二熔体时，将铝锭、镁锭、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金进行熔化处理的步骤，具体包括：在氩气氛围下，将铝锭和镁锭进行熔化处理，待铝锭和镁锭熔化后加入Al-Cu中间合金及Al-Zr中间合金，继续进行熔化处理。
可选地，对铝锭和镁锭进行熔化处理时的温度为720-750℃；例如看，可以为725-750℃、725-745℃、730-740℃、735-740℃、730-735℃或720-740℃等，具体不做限定。
可选地，加入Al-Cu中间合金及Al-Zr中间合金后进行熔化处理时的温度为760～780℃；例如，可以为763～780℃、763～778℃、765～775℃、768～772℃、770～772℃、768～770℃或760～715℃等，具体不做限定。
进一步地，将铝锭、镁锭、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金进行熔化处理的步骤，具体包括：在氩气氛围下，将铝锭进行熔化处理；待铝锭熔化后加入镁锭继续进行熔化处理；待镁锭熔化后加入Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金继续进行熔化处理；待Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金熔化后加入Al-SiC复合材料块体，继续进行熔化处理。
在一些实施方式中，将Al-SiC复合材料块体与第一熔体进行熔化处理时的温度为760～780℃；例如，可以为763～780℃、763～778℃、765～775℃、768～772℃、770～772℃、768～770℃或760～715℃等，具体不做限定。
作为示例，制备第二熔体时可采用如下方法进行：熔炼前将备好的原材料、模具和实验工具等放入烘烤箱中预热，预热温度为180℃，时间为2h；设置电阻炉温度为350℃，并将坩埚放入炉内，当坩埚升到350℃后加入铝锭，通入氩气，然后升温至720～750℃；待铝锭完全熔化后加入镁锭，于720～750℃保温10min后搅拌2min，再保温30min；然后加入Al-Cu中间合金和Al-Zr中间合金，于760～780℃保温20min后搅拌2min，再保温30min；然后加入Al-SiC复合材料块体，于760～780℃保温20min后搅拌2min，再保温30min，制得第二熔体。
在一些实施方式中，进行精炼处理时，精炼剂包括C2Cl6。
可选地，精炼剂的质量占第二熔体的质量的比例为3％。
在一些实施方式中，进行浇铸成型处理时，第二熔体的温度为640～680℃；例如，可以为645～680℃、645～675℃、650～670℃、655～665℃、660～665℃或640～670℃等，具体不做限定。
可选地，可将精炼处理后的第二熔体浇铸到模具中以对溶体进行浇铸成型处理；进一步可选地，在将精炼处理后的第二熔体浇铸到模具中之前，可首先将模具预热至220℃左右。
在一些实施方式中，还包括对铝基复合材料进行热塑性变形处理的步骤。
可选地，对铝基复合材料进行热塑性变形处理时采用的工艺包括热挤压、轧制和锻造中的一种或多种。
在一些实施方式中，以质量百分比计，第一熔体包括2～5％的Cu；即第一熔体中Cu的质量占比为2～5％；例如，可以为2.5～5％、2.5～4.5％、3～4.5％、2.5～4％、2.5～3.5％、3～4％、3.5～4％、3～3.5％或2～4％等，具体不做限定。
以质量百分比计，第一熔体包括1～2％的Mg；即第一熔体中Mg的质量占比为1～2％；例如，可以为1.1～2％、1.1～1.9％、1.2～1.8％、1.3～1.7％、1.4～1.6％、1.5～1.6％、1.4～1.5％或1～1.7％等，具体不做限定。
以质量百分比计，第一熔体包括0.5～1％的Zr；即第一熔体中Zr的质量占比为0.5～1％；例如，可以为0.55～1％、0.55～0.95％、0.6～0.9％、0.65～0.85％、0.7～0.8％、0.75～0.8％、0.7～0.75％或0.5～0.85％等，具体不做限定。
采用上述方法制备得到的铝基复合材料中，碳化硅颗粒在铝基复合材料中的质量占比为1～30％；例如，可以为3～30％、3～28％、5～25％、8～23％、10～20％、13～18％、13～15％、15～18％或1～22％，具体不做限定。铝基复合材料中碳化硅颗粒的质量占比在上述范围内时，可获得更加优异的分散效果，同时还可节约生产成本。
需要说明的是，采用上述方法制备得到的铝基复合材料中，碳化硅颗粒均匀分布在铝合金基体的内部；有利于进一步提高铝基复合材料的抗拉强度和屈服强度。
本发明还提供了一种铝基复合材料，其采用上述的铝基复合材料的制备方法制备得到。
需要说明的是，铝基复合材料的抗拉强度为200～210MPa；例如，可以为201～210MPa、201～209MPa、202～208MPa、203～207MPa、204～206MPa、205～206MPa或200～207MPa等，具体不做限定。
铝基复合材料的屈服强度为180～190MPa；例如，可以为181～190MPa、181～189MPa、182～188MPa、183～187MPa、184～186MPa、185～186MPa或180～187MPa等，具体不做限定。
铝基复合材料的延伸率为3.1～3.5％；例如，可以为3.15～3.5％、3.15～3.45％、3.2～3.4％、3.25～3.35％、3.3～3.35％或3.1～3.35％等，具体不做限定。
需要说明的是，随着碳化硅颗粒的加入，引入了大量的SiC/Al界面，由于碳化硅表面或多或少地存在氧化杂质，而铝合金基体中的合金元素通常比较活泼，铝基复合材料制备过程中不可避免地发生界面反应，而且铝合金具有相较于其他系合金更高的合金元素含量和更低的熔点，因此更易发生界面反应。铝合金基体中的最主要沉淀相是MgZn2相，其高温与室温下在铝中的固溶度差异较大，因此MgZn2相与铝基复合材料的力学性能密切相关。MgZn2相在第一熔体中分布均匀，有利于进一步提高铝基复合材料的强度。
本发明的铝基复合材料中，碳化硅颗粒均匀分布在铝合金基体的内部或均匀分布在铝合金基体中的内部和表面，同时碳化硅颗粒与铝合金基体中之间的结合强度高，该铝基复合材料能更好的应用在金具、微电子、焊接等领域。
本发明还提供了一种上述的方法制备得到的铝基复合材料或上述的铝基复合材料在制备电力连接金具中的应用。
本发明还提供了一种电力连接金具，其制备材料包括上述的方法制备得到的铝基复合材料或上述的铝基复合材料。可理解地，铝基复合材料具有轻量化的特点，而轻量化是架空输电线路连接金具材料未来的发展趋势，采用轻量化材料制造大吨位连接金具，并形成统一的连接尺寸系列，能够减轻金具重量，节省材料用量，同时方便运输、施工及运维，最终实现节省工程建设投资、降低工程建设技术难度。
下述结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
需要说明的是，下述各实施例和对比例中Al-Cu中间合金为Al-30Cu，Al-Cu中间合金中Cu的质量占比为30％；Al-Zr中间合金为Al-30Zr，Al-Zr中间合金中Zr的质量占比为30％。
一、铝基复合材料的制备
实施例1
将0.6Kg铝粉与0.4Kg碳化硅粉末于V型混粉机中混合24小时，制得混粉；将混粉装入橡胶包套中密封，然后进行冷等静压成型处理，压力为200MPa，时间15min，得到Al-SiC复合材料块体；
称取1.84Kg铝锭、0.23Kg镁锭、0.153KgAl-Cu中间合金、0.077KgAl-Zr中间合金，并将上述原料及模具放入烘烤箱中预热，预热温度为180℃，时间为2h；设置电阻炉温度为350℃，并将坩埚放入炉内，当坩埚升到350℃后加入铝锭，通入氩气，然后升温至750℃；待铝锭完全熔化后加入镁锭，于750℃保温10min后搅拌2min，再保温30min；待镁锭熔化后加入Al-Cu中间合金和Al-Zr中间合金，于780℃保温20min后搅拌2min，再保温30min，制得第一熔体；然后加入上述制备的Al-SiC复合材料块体，于780℃保温20min后搅拌2min，再保温30min，制得第二熔体；
向第二熔体内加入0.099Kg C2Cl6精炼第二熔体，除气除渣，然后将第二熔体降温至700℃，再次除气除渣；将精炼后的第二熔体浇铸至预热的模具中，形成直径100mm的铸锭，即铝基复合材料；其中浇铸时第二熔体的温度为660℃，该铸锭总重量为3.3Kg；
将铸锭于380℃进行热挤压，挤压比为13:1，制得型材。
实施例2
实施例2和实施例1的区别仅在于：制备铝基复合材料时的物料用量不同，制备过程均相同。具体如下：
将0.3Kg铝粉与0.7Kg碳化硅粉末于V型混粉机中混合24小时，制得混粉；将混粉装入橡胶包套中密封，然后进行冷等静压成型处理，压力为200MPa，时间15min，得到Al-SiC复合材料块体；
称取1.608Kg铝锭、0.23Kg镁锭、0.385KgAl-Cu中间合金、0.077KgAl-Zr中间合金，并将上述原料及模具放入烘烤箱中预热，预热温度为180℃，时间为2h；设置电阻炉温度为350℃，并将坩埚放入炉内，当坩埚升到350℃后加入铝锭，通入氩气，然后升温至750℃；待铝锭完全熔化后加入镁锭，于750℃保温10min后搅拌2min，再保温30min；待镁锭熔化后加入Al-Cu中间合金和Al-Zr中间合金，于780℃保温20min后搅拌2min，再保温30min，制得第一熔体；然后加入上述制备的Al-SiC复合材料块体，于780℃保温20min后搅拌2min，再保温30min，制得第二熔体；
向第二熔体内加入0.099Kg C2Cl6精炼第二熔体，除气除渣，然后将第二熔体降温至700℃，再次除气除渣；将精炼后的第二熔体浇铸至预热的模具中，形成直径100mm的铸锭，即铝基复合材料；其中浇铸时第二熔体的温度为660℃，该铸锭总重量为3.3Kg；
将铸锭于380℃进行热挤压，挤压比为13:1，制得型材。
实施例3
实施例3和实施例1的区别仅在于：制备铝基复合材料时的物料用量不同，制备过程均相同。具体如下：
将0.3Kg铝粉与0.7Kg碳化硅粉末于V型混粉机中混合24小时，制得混粉；将混粉装入橡胶包套中密封，然后进行冷等静压成型处理，压力为200MPa，时间15min，得到Al-SiC复合材料块体；
称取1.378Kg铝锭、0.46Kg镁锭、0.385KgAl-Cu中间合金、0.077KgAl-Zr中间合金，并将上述原料及模具放入烘烤箱中预热，预热温度为180℃，时间为2h；设置电阻炉温度为350℃，并将坩埚放入炉内，当坩埚升到350℃后加入铝锭，通入氩气，然后升温至750℃；待铝锭完全熔化后加入镁锭，于750℃保温10min后搅拌2min，再保温30min；待镁锭熔化后加入Al-Cu中间合金和Al-Zr中间合金，于780℃保温20min后搅拌2min，再保温30min，制得第一熔体；然后加入上述制备的Al-SiC复合材料块体，于780℃保温20min后搅拌2min，再保温30min，制得第二熔体；
向第二熔体内加入0.099Kg C2Cl6精炼第二熔体，除气除渣，然后将第二熔体降温至700℃，再次除气除渣；将精炼后的第二熔体浇铸至预热的模具中，形成直径100mm的铸锭，即铝基复合材料；其中浇铸时第二熔体的温度为660℃，该铸锭总重量为3.3Kg；
将铸锭于380℃进行热挤压，挤压比为13:1，制得型材。
实施例4
实施例4和实施例3的区别仅在于：对制备得到的铝基复合材料进行热塑性变形处理时采用的工艺不同，实施例4中采用锻造工艺，其他均相同。对铝基复合材料的热塑性变形处理过程具体如下：
在铸锭的上下各放置一块垫板，铸锭保温4h，高度一敦至38mm左右，然后于300～350℃保温3h后，高度一墩至28mm左右，制得型材。
实施例5
实施例5和实施例1的区别仅在于：制备铝基复合材料时的物料用量不同，制备过程均相同。具体如下：
将0.6Kg铝粉与0.4Kg碳化硅粉末于V型混粉机中混合24小时，制得混粉；将混粉装入橡胶包套中密封，然后进行冷等静压成型处理，压力为200MPa，时间为15min，得到Al-SiC复合材料块体；
称取1.8785Kg铝锭、0.23Kg镁锭、0.153KgAl-Cu中间合金、0.0385KgAl-Zr中间合金，并将上述原料及模具放入烘烤箱中预热，预热温度为180℃，时间为2h；设置电阻炉温度为350℃，并将坩埚放入炉内，当坩埚升到350℃后加入铝锭，通入氩气，然后升温至750℃；待铝锭完全熔化后加入镁锭，于750℃保温10min后搅拌2min，再保温30min；待镁锭熔化后加入Al-Cu中间合金和Al-Zr中间合金，于780℃保温20min后搅拌2min，再保温30min，制得第一熔体；然后加入上述制备的Al-SiC复合材料块体，于780℃保温20min后搅拌2min，再保温30min，制得第二熔体；
向第二熔体内加入0.099Kg C2Cl6精炼第二熔体，除气除渣，然后将第二熔体降温至700℃，再次除气除渣；将精炼后的第二熔体浇铸至预热的模具中，形成直径100mm的铸锭，即铝基复合材料；其中浇铸时第二熔体的温度为660℃，该铸锭总重量为3.3Kg；
将铸锭于380℃进行热挤压，挤压比为13:1，制得型材。
对比例1
对比例1和实施例1的区别在于：铝粉和碳化硅粉末仅是简单的混合，未进行冷等静压成型处理，其他均相同。具体如下：
称取0.6Kg铝粉、0.4Kg碳化硅粉末、1.84Kg铝锭、0.23Kg镁锭、0.153KgAl-Cu中间合金、0.077KgAl-Zr中间合金，将铝锭、镁锭、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金及模具放入烘烤箱中预热，预热温度为180℃，时间为2h；设置电阻炉温度为350℃，并将坩埚放入炉内，当坩埚升到350℃后加入铝锭，通入氩气，然后升温至750℃；待铝锭完全熔化后加入镁锭，于750℃保温10min后搅拌2min，再保温30min；待镁锭熔化后加入Al-Cu中间合金和Al-Zr中间合金，于780℃保温20min后搅拌2min，再保温30min，制得第一熔体；然后加入铝粉和碳化硅粉末，于780℃保温20min后搅拌2min，再保温30min，制得第二熔体；
向第二熔体内加入0.099Kg C2Cl6精炼第二熔体，除气除渣，然后将第二熔体降温至700℃，再次除气除渣；将精炼后的第二熔体浇铸至预热的模具中，形成直径100mm的铸锭，即铝基复合材料；其中浇铸时第二熔体的温度为660℃，该铸锭总重量为3.3Kg；
将铸锭于380℃进行热挤压，挤压比为13:1，制得型材。
二、性能测试
1.对实施例1和对比例1中的铝基复合材料采用扫描电子显微镜进行表征，实施例1的扫描电子显微镜示意图如图1所示，对比例1的扫描电子显微镜示意图如图2所示。
由图1和图2可知，实施例1中的铝基复合材料中碳化硅颗粒分散效果好，第二相分布均匀。图2中黑色聚集区域为碳化硅，则可知对比例1的铝基复合材料中碳化硅发生偏聚，碳化硅在晶界处产生聚集，形貌较为粗大。
2.根据GB/T228.1-2021分别对实施例1～5和对比例1中的铝基复合材料及经过热塑性变形处理后得到的型材进行抗拉强度、屈服强度及延伸率测定。
实施例1～5和对比例1的测试结果如表1所示。
表1
组别 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％
实例1铝基复合材料 206 184 3.2
实例2铝基复合材料 208 185 3.2
实例3铝基复合材料 208 185 3.2
实例4铝基复合材料 209 187 3.4
实例5铝基复合材料 205 183 3.2
对比例1铝基复合材料 176 133 3.8
实例1型材 459 366 6
实例2型材 467 377 6.5
实例3型材 467 376 7
实例4型材 468 379 7
实例5型材 457 364 6
对比例1型材 367 311 5.8
由上述结果表明，本发明制备的铝基复合材料中碳化硅颗粒在铝基复合基体中均匀分布，且制备铝基复合材料时，通过粉末冶金及冷等静压法将碳化硅先与铝粉混合加工成块体材料，然后和铝锭、镁锭、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金共同制备第二熔体，更好地解决了碳化硅与铝基材料润湿性差、易团聚的问题，碳化硅均匀分布在铝合金基体中，且碳化硅颗粒与铝合金基体之间的结合强度高，提高了铝基复合材料的强度。同时由上述结果可以看出，碳化硅颗粒的加入对铝基复合材料的延伸率影响较小。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将碳化硅与铝粉混合，制备Al-SiC复合材料块体；
将铝锭、镁锭、Al-Cu中间合金及Al-Zr中间合金进行熔化处理，制得第一熔体；
将所述Al-SiC复合材料块体与所述第一熔体进行熔化处理，制得第二熔体；
对所述第二熔体进行精炼处理；
将精炼处理后的所述第二熔体进行浇铸成型处理，制得所述铝基复合材料。
2.如权利要求1所述的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，制备所述Al-SiC复合材料块体时包括下述条件中的至少一项：
(1)所述碳化硅的质量占所述碳化硅和所述铝粉的总质量的百分比为40～70％；
(2)所述碳化硅的体积平均粒径Dv50为1～40μm；
(3)所述铝粉的体积平均粒径Dv50为10～80μm；
(4)对所述碳化硅和所述铝粉混合后的混粉进行冷等静压成型处理，制得所述铝基复合材料；
可选地，进行冷等静压成型处理时的压力为200～220MPa，时间为5～15min。
3.如权利要求1所述的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，制备所述第一熔体时包括下述条件中的至少一项：
(1)所述铝锭和所述镁锭的纯度各自独立地≥99.95％；
(2)所述Al-Cu中间合金中Cu的质量占比为30％；
(3)所述Al-Zr中间合金中Zr的质量占比为30％；
(4)所述将铝锭、镁锭、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金进行熔化处理的步骤，具体包括：
在氩气氛围下，将所述铝锭和所述镁锭进行熔化处理，待所述铝锭和所述镁锭熔化后加入所述Al-Cu中间合金及Al-Zr中间合金，继续进行熔化处理；
可选地，对所述铝锭和所述镁锭进行熔化处理时的温度为720～750℃；
加入所述Al-Cu中间合金及所述Al-Zr中间合金后进行熔化处理时的温度为760～780℃。
4.如权利要求1所述的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，进行精炼处理时包括下述条件中的至少一项：
(1)所述精炼剂包括C2Cl6；
(2)所述精炼剂的质量占所述第二熔体的质量的比例为3％。
5.如权利要求1～4任一项所述的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，进行所述浇铸成型处理时，所述第二熔体的温度为640～680℃。
6.如权利要求1～4任一项所述的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，还包括对所述铝基复合材料进行热塑性变形处理的步骤；
可选地，对所述铝基复合材料进行热塑性变形处理时采用的工艺包括热挤压、轧制和锻造中的一种或多种。
7.如权利要求1～4任一项所述的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，以质量百分比计，所述第一熔体包括2～5％的Cu、1～2％的Mg和0.5～1％的Zr，余量为Al；
采用所述方法制备得到的铝基复合材料中，所述碳化硅颗粒在所述铝基复合材料中的质量占比为1～30％。
8.一种铝基复合材料，其特征在于，采用如权利要求1～7中任一项所述的铝基复合材料的制备方法制备得到。
9.如权利要求1～7任一项所述的方法制备得到的铝基复合材料或如权利要求8所述的铝基复合材料在制备电力连接金具中的应用。
10.一种电力连接金具，其特征在于，所述电力连接金具的制备材料包括如权利要求1～7任一项所述的方法制备得到的铝基复合材料或如权利要求8所述的铝基复合材料。
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