CN116640953A - 一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法 - Google Patents
一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116640953A CN116640953A CN202310556719.2A CN202310556719A CN116640953A CN 116640953 A CN116640953 A CN 116640953A CN 202310556719 A CN202310556719 A CN 202310556719A CN 116640953 A CN116640953 A CN 116640953A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waste
- powder
- treatment
- reinforced aluminum
- heat treatment
- 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.)
- Granted
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 92
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 91
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 91
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 76
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 71
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 69
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 66
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 32
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 26
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 22
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 18
- 239000010786 composite waste Substances 0.000 claims description 14
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 6
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000009694 cold isostatic pressing Methods 0.000 claims description 3
- 239000003599 detergent Substances 0.000 claims description 3
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 claims description 3
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 3
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 claims description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 abstract description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 34
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 7
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
-
- 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
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明是关于一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，涉及铝基复合材料技术领域。主要采用的技术方案为：颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，包括如下步骤：将所述颗粒增强铝基复合材料废料进行T6热处理，得到热处理后的废料；对所述热处理后的废料进行破碎处理、球磨处理，得到球磨粉末；对所述球磨粉末进行粉末冶金热压烧结处理，得到坯锭。本发明主要用于解决现有颗粒增强铝基复合材料废料在回收利用时存在的难以破碎成细颗粒的技术难题。通过本发明的方法可以获得颗粒分布均匀、性能优异的复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝基复合材料技术领域，特别是涉及一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法。
背景技术
颗粒增强铝基复合材料因其具有优良的机械性能，成为交通、航空航天等领域轻量化发展的重要基础材料之一。但由于增强颗粒与铝基体存在较大的力学特性差异，使其成为难加工材料。因其难以近净成形，使用过程中通常需使用大量切削等加工；又因其塑性变形性差，锻压、轧制等过程中常出现表面甚至内部缺陷，需进行切割。因此，在上述冷、热加工过程中会产生大量废料，材料利用率极低，使得颗粒增强铝基复合材料的成本居高不下，难以实现更大规模应用。
铝基复合材料的回收与利用的第一环节是块体材料的破碎。由于其具有良好的塑韧性，铝基复合材料难以破碎成细颗粒。因此通常只能将其破碎为200μm甚至更大尺寸的颗粒(参见Journal of Alloys and Compounds，Volume 815,30January 2020,15233)。若使用粉末冶金工艺直接对此种粗颗粒进行烧结，则会在烧结过程中出现大尺寸液相区，形成元素偏聚区甚至过烧。而如以液相法进行制备，则需将其制成预制体再利用熔融铝液进行浸渗(参见专利申请201810244856.1)，则会在材料内形成铝线等无颗粒区，影响材料外观及性能均匀性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，主要目的在于解决现有颗粒增强铝基复合材料废料在回收利用时难以破碎成细颗粒的技术难题。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，其包括如下步骤：
T6热处理：将所述颗粒增强铝基复合材料废料进行T6热处理，得到热处理后的废料；
破碎及球磨处理：对所述热处理后的废料进行破碎处理、球磨处理，得到球磨粉末；
制备坯锭：对所述球磨粉末进行粉末冶金热压烧结处理，得到坯锭。
优选的，在所述颗粒增强铝基复合材料废料中：强化相为SiC、B4C、Al2O3、Si颗粒中的一种或几种；基体相为2系铝合金、6系铝合金、7系铝合金中的一种。
优选的，在所述T6热处理的步骤中，所述T6热处理包括：对所述颗粒增强铝基复合材料废料进行固溶热处理，然后进行人工时效处理。
优选的，在所述T6热处理的步骤中，通过对所述颗粒增强铝基复合材料废料进行T6热处理后，使热处理后的废料的基体中形成≤20nm的析出相，使得废料的塑性降低(在基体晶粒内部得到细小析出相，使材料塑性大大降低)。
优选的，在所述固溶热处理和人工时效处理之间，还进行变形量小于15％的冷变形，用于提高废料的脆性，利于后期破碎。
优选的，若所述颗粒增强铝基复合材料废料的基体相为2系铝合金，则在所述T6热处理工艺中：固溶热处理的温度为480-520℃，时间为2-4h；所述人工时效处理的温度为160-200℃，时间为8-12h；若所述颗粒增强铝基复合材料废料的基体相为6系铝合金，则在所述T6热处理工艺中：固溶热处理的温度为530-560℃，时间为2-4h；所述人工时效处理的温度为150-180℃，时间为8-12h；若所述颗粒增强铝基复合材料废料的基体相为7系铝合金，则在所述T6热处理工艺中：固溶热处理的温度为450-490℃，时间为2-4h；所述人工时效处理的温度为100-140℃，时间为24-48h。
优选的，在所述破碎及球磨处理的步骤中：所述破碎处理后的废料的尺寸不超过8mm；和/或在破碎处理的步骤之后、球磨处理的步骤之前，需进行清洗处理及烘干处理；优选的，所述清洗处理的步骤包括：先采用表面去污剂对破碎处理后的废料进行超声清洗，然后再使用酒精进行超声清洗。
优选的，在所述破碎及球磨处理的步骤中：所述球磨粉末的尺寸低于80μm；和/或采用行星球磨机或搅拌球磨机对所述破碎处理后的废料进行球磨处理；和/或在进行球磨处理时：向所述破碎处理后的废料中加入体积分数低于10％的增强颗粒；其中，所述增强颗粒与所述颗粒增强铝基复合材料废料中的增强颗粒的种类相同。
优选的，在所述制备坯锭的步骤中：先向所述球磨粉末中加入增强颗粒粉末和基体粉末，混合后，形成混合粉末，再将所述混合粉末进行粉末冶金热压烧结处理，得到坯锭；其中，所述混合粉末的成分与颗粒增强铝基复合材料的成分相同。优选的，所述基体粉末的粒径小于20微米。
优选的，在所述制备坯锭的步骤中：先向所述球磨粉末中加入铝基复合材料粉末，混合后，形成混合粉末，再将所述混合粉末进行粉末冶金热压烧结处理，得到坯锭；其中，所述铝基复合材料与所述颗粒增强铝基复合材料废料属于不同的成分类型或不同的颗粒含量类型。优选的，所述铝基复合材料粉末的粒径小于20微米。
优选的，在所述制备坯锭的步骤中：所述粉末冶金热压烧结处理包括：在气氛或真空条件下的真空热压烧结处理、冷等静压烧结处理、热等静压烧结处理、放电离子束烧结处理中的任一种；和/或所述粉末冶金热压烧结处理的温度低于所述颗粒增强铝基复合材料的液相线。
优选的，对所述坯锭进行塑形变形，制备出型材。
与现有技术相比，本发明的一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法至少具有下列有益效果：
本发明实施例提供的一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，在对颗粒增强铝基复合材料进行破碎之前，先进行T6热处理工艺，这样可以降低颗粒增强铝基复合材料废料的塑性，提高材料脆性，并去除油污，从而后续可以实现很好的破碎效果。因此，本发明实施例提供的一种颗粒增强铝基复合材料的再利用方法，解决现有颗粒增强铝基复合材料废料在回收利用时存在的难以破碎成细颗粒的技术难题。
进一步地，本发明实施例提供的一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，在进行T6热处理工艺时，在固溶热处理和人工时效处理之间进行冷变形处理，这样可以使颗粒增强铝基复合材料废料达到硬脆状态，可获得相对于直接破碎更为细小的粉末。
进一步地，本发明实施例提供的一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，通过在球磨处理时：向所述破碎处理后的废料中加入体积分数低于10％的增强颗粒，这样可以对球磨过程起到辅助作用(在此的辅助作用指的是，能促进材料硬化，更利于破碎)，显著提升破碎效率，降低球磨处理所需时间并减少粉末尺寸。
进一步地，本发明实施例提供的一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，在球磨处理后，先向球磨粉末中加入增强颗粒粉末和基体粉末，混合后，再进行粉末冶金热压烧结处理，得到坯锭；这样处理，采用加入的增强颗粒粉末和基体粉末填补破碎后所得粗颗粒间间隙，避免烧结过程中形成液相集中区域，得到成分均一、性能均匀的复合材料(即，减小颗粒之间的缝隙尺寸，使得成分更加均匀)。
进一步地，本发明实施例提供的一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，先向所述球磨粉末中加入铝基复合材料粉末(该铝基复合材料粉末与颗粒增强铝基复合材料废料的类型不同)，混合后，再进行粉末冶金热压烧结处理，得到坯锭，这样处理，对复合材料进行成分调整或晶粒尺寸的调控，以获得预期的材料性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为实施例1中，热处理后的废料的微观结构图。
图2为实施例2中，热处理后的废料的微观结构图。
图3是实施例1中，热处理前的废料的微观结构图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本发明实施例提供一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，其中，在颗粒强化铝基复合材料的废料中，强化相为SiC、B4C、Al2O3、Si颗粒等中的一种或几种；基体相为2系铝合金、6系铝合金或7系铝合金。其中，所述方法主要包括如下步骤：
1)T6热处理：将所述颗粒增强铝基复合材料废料进行T6热处理，得到热处理后的废料。
在该步骤中，所述T6热处理是指固溶热处理后进行人工时效处理，使相应的复合材料达到峰时效状态，且固溶热处理和人工时效处理之间可进行变形量小于15％的冷变形，主要用于提高废料脆性，利于后期破碎。
其中，若颗粒增强铝基复合材料废料的基体相为2系铝合金，则在所述T6热处理工艺中：固溶热处理的温度为480-520℃；所述人工时效处理的温度为160-200℃；
若所述颗粒增强铝基复合材料废料的基体相为6系铝合金，则在所述T6热处理工艺中：固溶热处理的温度为420-560℃；所述人工时效处理的温度为150-290℃；
若所述颗粒增强铝基复合材料废料的基体相为7系铝合金，则在所述T6热处理工艺中：固溶热处理的温度为450-490℃；所述人工时效处理的温度为100-140℃。
在此，在步骤1)中，在对颗粒增强铝基复合材料进行破碎之前，先进行T6热处理工艺，这样可以降低颗粒增强铝基复合材料废料的塑性，提高强度，从而可以实现很好的破碎效果。进一步地，在进行T6热处理工艺时，在固溶热处理和人工时效处理之间进行冷变形处理，这样可以使颗粒增强铝基复合材料废料达到硬脆状态，可获得相对于直接破碎更为细小的粉末。该步骤的设计解决了现有颗粒增强铝基复合材料废料在回收利用时存在的难以破碎成细颗粒的技术难题。
2)破碎及球磨处理：对所述热处理后的废料进行破碎处理，得到破碎处理后的废料。将所述破碎后的废料进行球磨处理，得到球磨粉末。
在该步骤中，在破碎处理的步骤之后、球磨处理的步骤之前，需进行清洗处理及烘干处理；优选的，所述清洗处理的步骤包括：先采用表面去污剂对破碎处理后的废料进行超声清洗，然后再使用酒精进行超声清洗。
采用行星球磨机或搅拌球磨机进行球磨。
较佳地，球磨时，向破碎的粉料中可加入体积分数低于10％的增强颗粒(该增强颗粒与所述颗粒增强铝基复合材料废料的种类相同)。这样可以对球磨过程起到辅助作用，显著提升破碎效率，降低球磨处理所需时间并减少粉末尺寸。
球磨粉末的尺寸低于80μm。
3)制备坯锭：对所述球磨粉末进行粉末冶金热压烧结处理，得到坯锭。
在该步骤中，先向所述球磨粉末中加入增强颗粒粉末和基体粉末后，混合形成混合粉末，再将所述混合粉末进行粉末冶金热压烧结处理，得到坯锭；其中，所述混合粉末的成分与颗粒增强铝基复合材料的成分相同。或者，先向所述球磨粉末中加入铝基复合材料粉末后(在此，加入铝基复合材料粉末，可用于制备特殊“构型”复合材料)，混合形成混合粉末，再将所述混合粉末进行粉末冶金热压烧结处理，得到坯锭；其中，所述铝基复合材料与所述颗粒增强铝基复合材料废料属于不同的成分类型或不同的颗粒含量类型。
在此，在球磨处理后，先向球磨粉末中加入增强颗粒粉末和基体粉末(或其他类型的铝基复合材料)，混合后，再进行粉末冶金热压烧结处理，得到坯锭；这样处理，采用加入的增强颗粒粉末和基体粉末填补破碎后所得粗颗粒间间隙，避免烧结过程中形成液相集中区域(避免形成铝线花纹)，得到成分均一、性能均匀的复合材料。
另外，所述粉末冶金热压烧结处理包括：气氛或真空条件下的真空热压烧结处理、冷等静压烧结处理、热等静压烧结处理、放电离子束烧结处理中的任一种；所述粉末冶金热压烧结处理的温度低于所述颗粒增强铝基复合材料的液相线。
较佳地，所述回收再利用方法，还包括：
4)制备型材：对所述坯锭进行塑形变形(挤压，锻压和轧制)，制备出型材。
下面通过具体实验实施例进一步对本发明说明如下：
实施例1
本实施例对体积分数为25％的SiC/6092Al的冷加工余料(增强相为SiC，基体相为6092Al，基体相为6系铝合金)进行再利用，其中，该加工余料的微观结构图参见图3所示。主要步骤如下：
1)T6热处理：对体积分数为25％的SiC/6092Al的冷加工余料进行540℃/2h的固溶处理及170℃/8h的时效热处理，得到热处理后的废料。其中，热处理后的废料的微观结构图参见图1所示。
对比图1和图3可知：经过热处理后，在基体中形成尺寸≤20nm的细小析出相，这些析出相使材料塑性大大降低。
2)破碎及球磨处理：对所述热处理后的废料进行破碎、清洗、烘干，得到破碎处理后的废料。将破碎处理后的废料装入到球磨机内，以球料比15:1，转速为250rpm的参数设置进行球磨处理，4h后得到平均粒径为60μm的球磨粉末。
3)制备型材：在所述球磨粉末中，掺入平均粒径10μm的SiC颗粒和平均粒径12μm的6092Al合金粉末，得到增强相体积分数为25％的SiC/6092Al混合粉末，在580℃进行粉末冶金真空热压烧结，得到体积分数为25％的SiC/6092Al复合材料坯锭，并在420℃下以18：1的挤压比挤压成棒材。
本实施例制备的复合材料棒材致密均匀，经热处理(与步骤1)相同)后，屈服强度可达430MPa，抗拉强度可达520MPa，延伸率约为5％。
实施例2
本实施例对体积分数为20％的SiC/2009Al的冷加工余料(增强相为SiC，基体相为2009Al，基体相为2系铝合金)进行再利用，主要步骤如下：
1)T6热处理：对体积分数为20％的SiC/2009Al的冷加工余料进行500℃/2h的固溶处理和180℃/12h的人工时效处理，得到热处理后的废料。参见图2所示，经过热处理后，在基体中形成尺寸≤20nm的细小析出相，这些析出相使材料塑性大大降低。
2)破碎及球磨处理：对所述热处理后的废料进行破碎、清洗、烘干，得到破碎处理后的废料。将破碎处理后的废料装入到球磨机内，以球料比为15:1，转速为250rpm的参数设置进行球磨处理，4h后得到平均粒径为50μm的球磨粉末。
3)制备型材：在所述球磨粉末中，掺入平均粒径10μm的SiC颗粒和平均粒径12μm的Al、Cu、Mg合金粉末，得到增强相体积分数为20％的SiC/2009Al混合粉末，在540℃进行粉末冶金真空热压烧结，得到体积分数为20％的SiC/2009Al复合材料坯锭，并在420℃下以18：1的挤压比挤压成棒材。
本实施例制备的复合材料棒材致密均匀，经热处理(与步骤1)相同)后，屈服强度可达420MPa，抗拉强度达550MPa，延伸率达5％。
实施例3
本实施例对体积分数为31％的B4C/6061Al的冷加工余料(增强相为B4C，基体相为6061Al，基体相为6系铝合金)进行再利用，主要步骤如下：
1)T6热处理：对体积分数为31％的B4C/6061Al的的冷加工余料进行540℃/2h的固溶处理和170℃/10h的人工时效处理，得到热处理后的废料。
2)破碎及球磨处理：对所述热处理后的废料进行破碎、清洗、烘干，得到破碎处理后的废料(破碎后的废料的平均尺寸为5mm)。将破碎处理后的废料装入到球磨机内，掺入质量分数为5％的B4C颗粒，以球料比15:1，转速为250rpm的参数设置进行球磨处理，4h后得到平均粒径为40μm的球磨粉末。
3)制备型材：在所述球磨粉末中，掺入SiC颗粒和平均粒径12μm的Al、Si、Mg合金粉末，得到增强相体积分数为31％的B4C/6061Al混合粉末，在570℃进行粉末冶金真空热压烧结，得到体积分数为31％的B4C/6061Al复合材料坯锭，并在420℃下以18：1的挤压比挤压成棒材。
本实施例制备的复合材料棒材致密均匀，经热处理(与步骤1)相同)后，屈服强度可达410MPa，抗拉强度达500MPa，延伸率约为4％。
实施例4
本实施例对体积分数为31％的B4C/6061Al的冷加工余料(增强相为B4C，基体相为6061Al)进行再利用，与实施例3的区别在于：在球磨处理的步骤中，不掺入B4C颗粒。
本实施例的方法中，球磨6h才可得到粉末平均粒径为40μm的球磨粉末，制备效率低于实施例3。
实施例5
本实施例对体积分数为25％的SiC/6092Al的冷加工余料(增强相为SiC，基体相为6092Al)进行再利用，与实施例1的区别在于：在步骤4)中，直接对球磨粉末进行粉末冶金真空热压烧结，不掺入SiC颗粒和6061Al合金粉末。其他步骤完全一致。
上述复合材料致密度和均匀性低于实施例1所得材料，屈服强度为320MPa，抗拉强度为489MPa，延伸率不足2％。
实施例6
本实施例对体积分数为25％的SiC/6092Al的冷加工余料(增强相为SiC，基体相为6092Al)进行再利用，与实施例1的区别在于：在步骤4)中，对体积分数为25％的SiC/6092Al的冷加工余料进行540℃、2h的固溶处理后，进行变形量50％的冷轧变形，然后再进行170℃、6h的时效热处理，得到热处理后的废料。
进行上述固溶-冷轧-时效处理后，材料具有更高的脆性，因此在破碎及球磨处理过程中，将破碎处理后的废料装入到球磨机内，以球料比为15:1，转速为250rpm的参数设置进行球磨处理，3h后即可得到平均粒径为40μm的球磨粉末，可见，破碎效率更高。另外，本实施例所得最终材料具有与实施例1中相同性能。
对比例1
对比例1以体积分数为25％的SiC/6092Al的冷加工余料为原料，对其直接进行破碎、清洗后，将其装入球磨机内以球料比15:1，转速250rpm进行球磨，4h后得到平均粒径250μm的粉末。在580℃进行粉末冶金真空热压烧结，得到体积分数为25％的SiC/6092Al复合材料坯锭。
对比例1制备的复合材料坯锭由于原料粉末的粒径过大，烧结过程中出现大量液相区，成分性能不均且致密度差，经热处理后，抗拉强度为450MPa以下，延伸率3％以下。
对比例2
对比例2以体积分数为20％的SiC/2009Al的加工余料为原料，对其进行破碎、清洗后，将其装入球磨机内以球料比15:1，转速250rpm进行球磨，4h后得到平均粒径160μm的粉末。在540℃进行粉末冶金真空热压烧结，得到体积分数为20％的SiC/2009Al复合材料坯锭。
对比例2制备的复合材料坯锭由于原料粉末的粒径过大，烧结过程中出现大量液相区，成分性能不均且致密度差，经热处理后，抗拉强度为470MPa以下，延伸率不足3％。
对比例3
对比例3以体积分数为31％的B4C/6061Al的加工余料为原料，对其进行破碎、清洗后，将其装入球磨机内，以球料比15:1，转速250rpm进行球磨，4h后得到粉末平均粒径为250μm。在570℃进行粉末冶金真空热压烧结，得到体积分数为31％的B4C/6061Al复合材料坯锭。
对比例3制备的复合材料坯锭由于粉末的粒径过大，烧结过程中出现大量液相区，成分性能不均且致密度差，经热处理后，抗拉强度为400MPa以下，延伸率不足3％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (11)
1.一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，其特征在于，其包括如下步骤：
T6热处理：将所述颗粒增强铝基复合材料废料进行T6热处理，得到热处理后的废料；
破碎及球磨处理：对所述热处理后的废料进行破碎处理、球磨处理，得到球磨粉末；
制备坯锭：对所述球磨粉末进行粉末冶金热压烧结处理，得到坯锭。
2.根据权利要求1所述的颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，其特征在于，在所述颗粒增强铝基复合材料废料中：强化相为SiC、B4C、Al2O3、Si颗粒中的一种或几种；基体相为2系铝合金、6系铝合金、7系铝合金中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，其特征在于，在所述T6热处理的步骤中：
所述T6热处理包括：对所述颗粒增强铝基复合材料废料进行固溶热处理，然后进行人工时效处理；和/或
通过对所述颗粒增强铝基复合材料废料进行T6热处理后，使热处理后的废料的基体中形成≤20nm的析出相，使得废料的塑性降低。
4.根据权利要求3所述的粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，其特征在于，在所述固溶热处理和人工时效处理之间，还进行变形量小于15％的冷变形，用于提高废料的脆性，利于后期破碎。
5.根据权利要求4所述的颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，其特征在于，
若所述颗粒增强铝基复合材料废料的基体相为2系铝合金，则在所述T6热处理工艺中：固溶热处理的温度为480-520℃，时间为2-4h；所述人工时效处理的温度为160-200℃，时间为8-12h；
若所述颗粒增强铝基复合材料废料的基体相为6系铝合金，则在所述T6热处理工艺中：固溶热处理的温度为530-560℃，时间为2-4h；所述人工时效处理的温度为150-180℃，时间为8-12h；
若所述颗粒增强铝基复合材料废料的基体相为7系铝合金，则在所述T6热处理工艺中：固溶热处理的温度为450-490℃，时间为2-4h；所述人工时效处理的温度为100-140℃，时间为24-48h。
6.根据权利要求1-5任一项所述的颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，其特征在于，在所述破碎及球磨处理的步骤中：
所述破碎处理后的废料的尺寸不超过8mm；和/或
在破碎处理的步骤之后、球磨处理的步骤之前，需进行清洗处理及烘干处理；优选的，所述清洗处理的步骤包括：先采用表面去污剂对破碎处理后的废料进行超声清洗，然后再使用酒精进行超声清洗。
7.根据权利要求1-6任一项所述的颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，其特征在于，在所述破碎及球磨处理的步骤中：
所述球磨粉末的尺寸低于80μm；和/或
采用行星球磨机或搅拌球磨机对所述破碎处理后的废料进行球磨处理；和/或
在进行球磨处理时：向所述破碎处理后的废料中加入体积分数低于10％的增强颗粒；其中，所述增强颗粒与所述颗粒增强铝基复合材料废料中的增强颗粒的种类相同。
8.根据权利要求1-7任一项所述的颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，其特征在于，在所述制备坯锭的步骤中：
先向所述球磨粉末中加入增强颗粒粉末和基体粉末，混合后，形成混合粉末，再将所述混合粉末进行粉末冶金热压烧结处理，得到坯锭；
其中，所述混合粉末的成分与颗粒增强铝基复合材料的成分相同；
优选的，所述基体粉末的粒径小于20微米。
9.根据权利要求1-7任一项所述的颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，其特征在于，在所述制备坯锭的步骤中：
先向所述球磨粉末中加入铝基复合材料粉末，混合后，形成混合粉末，再将所述混合粉末进行粉末冶金热压烧结处理，得到坯锭；
其中，所述铝基复合材料与所述颗粒增强铝基复合材料废料属于不同的成分类型或不同的颗粒含量类型；
优选的，所述铝基复合材料粉末的粒径小于20微米。
10.一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，其特征在于，在所述制备坯锭的步骤中：
所述粉末冶金热压烧结处理包括：在气氛或真空条件下的真空热压烧结处理、冷等静压烧结处理、热等静压烧结处理、放电离子束烧结处理中的任一种；和/或
所述粉末冶金热压烧结处理的温度低于所述颗粒增强铝基复合材料的液相线。
11.根据权利要求10所述的一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法，其特征在于，在制备坯锭步骤之后，还包括：
对所述坯锭进行塑形变形，制备出型材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310556719.2A CN116640953B (zh) | 2023-05-17 | 2023-05-17 | 一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310556719.2A CN116640953B (zh) | 2023-05-17 | 2023-05-17 | 一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116640953A true CN116640953A (zh) | 2023-08-25 |
| CN116640953B CN116640953B (zh) | 2024-05-14 |
Family
ID=87639147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310556719.2A Active CN116640953B (zh) | 2023-05-17 | 2023-05-17 | 一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116640953B (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4244738A (en) * | 1978-03-24 | 1981-01-13 | Samuel Storchheim | Method of and apparatus for hot pressing particulates |
| US4460541A (en) * | 1980-01-16 | 1984-07-17 | Reynolds Metals Company | Aluminum powder metallurgy |
| CN1443863A (zh) * | 2002-03-08 | 2003-09-24 | 鲍志勇 | 金属基复合材料及制造方法 |
| CN1510153A (zh) * | 2002-12-26 | 2004-07-07 | 北京有色金属研究总院 | 高强高塑颗粒增强铝基复合材料及其制造方法 |
| CN103643046A (zh) * | 2013-12-11 | 2014-03-19 | 江苏大学 | 一种颗粒增强铝基复合材料废料回收处理的方法 |
| CN103710545A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-04-09 | 江苏中联铝业有限公司 | 颗粒增强铝基复合材料回收工艺 |
| CN105018800A (zh) * | 2015-07-27 | 2015-11-04 | 黄振东 | 一种耐高温性能好的缸盖用铝合金材料及其制备方法 |
| CN108642314A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-10-12 | 哈尔滨工业大学 | 利用回收的SiCp/Al复合材料制备团簇型铝基复合材料的方法 |
| CN109055932A (zh) * | 2018-09-03 | 2018-12-21 | 湘潭大学 | 一种利用硬质合金废料的重载齿轮修复用合金粉末及其修复方法 |
| CN111376572A (zh) * | 2018-12-28 | 2020-07-07 | 南京理工大学 | 一种异构层状铝基复合材料的制备方法 |
| CN111945029A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种利用石墨烯增强铝基复合材料废料制备团簇型铝基复合材料的方法 |
-
2023
- 2023-05-17 CN CN202310556719.2A patent/CN116640953B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4244738A (en) * | 1978-03-24 | 1981-01-13 | Samuel Storchheim | Method of and apparatus for hot pressing particulates |
| US4460541A (en) * | 1980-01-16 | 1984-07-17 | Reynolds Metals Company | Aluminum powder metallurgy |
| CN1443863A (zh) * | 2002-03-08 | 2003-09-24 | 鲍志勇 | 金属基复合材料及制造方法 |
| CN1510153A (zh) * | 2002-12-26 | 2004-07-07 | 北京有色金属研究总院 | 高强高塑颗粒增强铝基复合材料及其制造方法 |
| CN103643046A (zh) * | 2013-12-11 | 2014-03-19 | 江苏大学 | 一种颗粒增强铝基复合材料废料回收处理的方法 |
| CN103710545A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-04-09 | 江苏中联铝业有限公司 | 颗粒增强铝基复合材料回收工艺 |
| CN105018800A (zh) * | 2015-07-27 | 2015-11-04 | 黄振东 | 一种耐高温性能好的缸盖用铝合金材料及其制备方法 |
| CN108642314A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-10-12 | 哈尔滨工业大学 | 利用回收的SiCp/Al复合材料制备团簇型铝基复合材料的方法 |
| CN109055932A (zh) * | 2018-09-03 | 2018-12-21 | 湘潭大学 | 一种利用硬质合金废料的重载齿轮修复用合金粉末及其修复方法 |
| CN111376572A (zh) * | 2018-12-28 | 2020-07-07 | 南京理工大学 | 一种异构层状铝基复合材料的制备方法 |
| CN111945029A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种利用石墨烯增强铝基复合材料废料制备团簇型铝基复合材料的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116640953B (zh) | 2024-05-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7087202B2 (en) | Particulate reinforced aluminum composites, their components and the near net shape forming process of the components | |
| CN106312057B (zh) | 纳米颗粒增强超细晶金属基复合材料的粉末冶金制备方法 | |
| CN113322392B (zh) | 一种纳米碳化硅颗粒增强铝合金基复合材料的制备方法 | |
| CN1224728C (zh) | 颗粒增强铝基复合材料及其制造方法 | |
| CN111961904A (zh) | 一种纳米陶瓷相增强金属基复合材料的制备方法 | |
| CN106967900A (zh) | 一种钛基金属玻璃颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN109897987A (zh) | 一种铝基纳米复合材料及其制备方法 | |
| CN1030447A (zh) | 高温用快速凝固含硅铝基合金 | |
| CN110408833A (zh) | 一种NbTaTiZr高熵合金及其粉末的制备方法 | |
| CN116640953B (zh) | 一种颗粒增强铝基复合材料废料的再利用方法 | |
| Song et al. | Synthesis of Ti/TiB composites via hydrogen-assisted blended elemental powder metallurgy | |
| JP4397425B1 (ja) | Ｔｉ粒子分散マグネシウム基複合材料の製造方法 | |
| CN102703769A (zh) | 一种纳米复合铝锡硅轴承合金的制造方法 | |
| CN111376572B (zh) | 一种异构层状铝基复合材料的制备方法 | |
| CN106399732A (zh) | 一种粉末烧结制备Al‑Sn基轴瓦合金的方法 | |
| CN114453581B (zh) | 一种粉末冶金高强高导电铝材及其制备方法 | |
| Yoshimura et al. | Cost effective pure titanium with high mechanical response by oxide dispersion strengthening | |
| CN116422904B (zh) | 一种铝合金动力电池壳的制备方法 | |
| CN111893337B (zh) | 高温合金的制备方法 | |
| CN116511503A (zh) | 一种铝基复合材料构件的近净成形方法 | |
| CN113564400B (zh) | 一种聚变堆用纳米氧化物弥散强化铜合金的制备方法 | |
| CN110218889B (zh) | 一种Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料及其制备方法 | |
| CN117210727A (zh) | 一种含有原位自生亚微米TiC(N)颗粒的铝合金粉末及其应用 | |
| CN116604019A (zh) | 一种耐高温铝基复合材料高效率挤压制备方法 | |
| CN114086043A (zh) | 一种Ag强化Al-Cu复合材料及其制备方法 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant |