CN1240864C - 准晶颗粒增强铝基复合材料的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种准晶颗粒增强铝基复合材料的制备工艺，属于复合材料领域。本发明工艺AlCuFe准晶颗粒的制备：制取粉末，过筛后得到20-100μm的准晶颗粒，成分为：AlxCuyFez，其中：x+y+z＝100为原子百分比，62≤x≤67，21≤y≤26，12≤z≤15，基体熔化后，将增强颗粒加入合金熔体中充分搅拌，在高压雾化气的作用下与雾化合金固液混合物一同在基体上沉积下来，制备出增强颗粒分布均匀、基体金属晶粒细小的颗粒增强金属基复合材料，喷射成形工艺参数：基体合金的温度为780-950℃，金属液流量为3-10kg/min，雾化气压为7-12atm，沉积高度为300-500mm，送粉气压2-4atm。本发明工艺简单、操作方便，制备出具有良好的综合性能的金属基复合材料，工件失效后可以通过重熔回收再利用，有利于环保。

Description

准晶颗粒增强铝基复合材料的制备工艺
技术领域
本发明涉及的是一种准晶颗粒增强铝基复合材料的制备工艺，特别是一种搅拌喷射共沉积准晶颗粒增强铝基复合材料的制备工艺，属于铝基复合材料领域。
背景技术
颗粒增强铝基复合材料具有高比强、高比模、低密度、耐热性好等特点而受到广泛的重视，但复合材料中的增强相多为陶瓷颗粒如Al2O3，SiC，Si3N4，TiC，B4C，AlN等，这些物质在制备复合材料的过程中由于其与熔融的基体金属的润湿性差而容易产生团聚，而且由于陶瓷颗粒与基体金属的热膨胀系数不同，在铸造与凝固的过程中产生疏松导致材料性能的下降。因此用搅拌铸造制备颗粒增强金属基复合材料的方法是不可取的。
经文献检索发现，美国Ames实验室的Suleyman B.Biner等人在1998申报了“雾化准晶颗粒增强复合材料及该材料的制备方法(Composites reinforced byatomized qusicrystal particles and it’s manufacture method)”的发明专利，专利申请号为：US05851317。该专利采用雾化制得的AlCuFe准晶颗粒来增强铝及铝合金，得到颗粒增强铝基复合材料。但该专利是采用粉末冶金的方法，将准晶粉末和合金粉混和均匀后通过热等静压，烧结和锻造等方法制得，工艺过程复杂，成本高。
发明内容
本发明针对背景技术中存在的缺陷，提供一种准晶颗粒增强铝基复合材料的制备工艺，使其增强了颗粒与合金液接触时间短抑制准晶增强颗粒与基体金属之间的反应，而且凝固速率高，准晶增强颗粒与基体金属界面结合良好等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明是在铝基复合材料的材质符合以下条件的前提下实施：基体材料成分为：AlaMb4Nc，其中，a+b+c＝100为重量百分比：86≤a≤100，0≤b≤13，0≤c≤1，M表示Si，Mg，Cu，Zn中至少一种，N表示Ni，Fe，Cr中的一种或几种。AlCuFe准晶颗粒的制备：采用机械球磨或高压惰性气体雾化的方法制取准晶粉末，过筛后得到20-100μm的准晶颗粒，其成分为：AlxCuyFez，其中：x+y+z＝100为原子百分比，62≤x≤67，21≤y≤26，12≤z≤15。
喷射沉积把液态金属的雾化(快速凝固)和雾化熔滴的沉积(熔滴的动态致密固化)自然地结合在一起，在一步冶金操作过程中完成，是一种介于粉末冶金和铸造之间的成形工艺。搅拌喷射共沉积则是在喷射沉积技术的基础上，将增强颗粒加入合金熔体中充分搅拌，在高压雾化气的作用下与雾化合金固液混合物一同在基体上沉积下来，从而制备出增强颗粒分布均匀、基体金属晶粒细小的颗粒增强金属基复合材料。喷射沉积工艺参数如下：基体合金的温度为780-950℃，金属液流量为3-10kg/min，雾化气压为7-12atm，沉积高度为300-500mm，送粉气压2-4atm。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明搅拌喷射共沉积准晶颗粒增强铝基复合材料的制备工艺简单、操作方便，增强颗粒与合金液接触时间短抑制准晶增强颗粒与基体金属之间的反应，而且凝固速率高，准晶增强颗粒与基体金属界面结合良好，且能弥散均匀分布在基体金属内，从而制备出具有良好的综合性能的金属基复合材料，工件失效后可以通过重熔回收再利用，有利于环保。
具体实施方式
以下结合本发明的内容提供三个实施例：
  基体合金牌号   A356   6061   7075
基体合金成分 6.5Si0.18Ti   1.0Mg0.6Si0.3Cu0.2Cr   5.6Zn2.5Mg0.4Si1.6Cu0.23Cr0.3Mn
  增强颗粒   Al62Cu26Fe12   Al62Cu23Fe15   Al65Cu23Fe12
工艺参   熔体温度(℃)   780   850   950
  金属流量(kg/min) 3 7 10
雾化气压(atm)     7     9     12
送粉气压(atm)     2     3     4
沉积高度(mm)     300     400     500
这三种材料的力学性能如下表：
  材料 屈服强度(Mpa) 拉伸强度(Mpa)   延伸率(％) 弹性模量(Gpa)
  1060 143 195   12 83
  6061 324 340   7.2 120
  7075 607 650   9 150

Claims (2)

1、一种准晶颗粒增强铝基复合材料的制备工艺，其特征在于，AlCuFe准晶颗粒的制备：制取粉末，过筛后得到20-100μm的准晶颗粒，成分为：AlxCuyFez，其中：x+y+z＝100为原子百分比，62≤x≤67，21≤y≤26，12≤z≤15，基体熔化后，将增强颗粒加入合金熔体中充分搅拌，在高压雾化气的作用下与雾化合金固液混合物一同在基体上沉积下来，制备出增强颗粒分布均匀、基体金属晶粒细小的颗粒增强金属基复合材料，其中喷射成形工艺参数如下：基体合金的温度为780-950℃，金属液流量为3-10kg/min，雾化气压为7-12atm，沉积高度为300-500mm，送粉气压2-4atm。
2、根据权利要求1所述的准晶颗粒增强铝基复合材料的制备工艺，其特征是，在铝基复合材料的材质符合以下条件的前提下实施：基体材料为：AlaMbNc，其中，a+b+c＝100为重量百分比：86≤a≤100，0≤b≤13，0≤c≤1，M表示Si，Mg，Cu，Zn中至少一种，N表示Ni，Fe，Cr中的一种或几种。
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