通過壓片預處理制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法與流程

本發明屬于金屬基復合材料制造領域，涉及一種通過壓片預處理制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法。

背景技術：

鋁基復合材料是應現代科學發展需求而涌現出的具有強大生命力的材料，它由兩種或兩種以上性質不同的材料通過各種工藝手段復合而成。許多研究實踐表明，顆粒增強鋁基復合材料擁有比普通鋁合金材料更優秀的性能，克服了合金材料單一性能的局限性，能有效提高材料的綜合性能，同時不存在連續纖維增強復合材料預成型困難、后續加工成本高的問題，因此備受關注。多數陶瓷顆粒容易獲得，成本低廉，高溫穩定性好，能有效促進鋁合金材料的力學性能、硬度、耐磨性、耐腐蝕性以及斷裂韌性等綜合性能。

由于陶瓷顆粒容易團聚，分散性差，且與鋁合金潤濕性差，與鋁合金有效復合的技術難題仍沒有得到有效解決，嚴重阻礙了新型鋁基復合材料的開發應用。因此，如何解決陶瓷顆粒在鋁合金基體中潤濕性、分散性差等問題，研究探索有效制備鋁基復合材料的生產工藝，成為當今制備新型復合材料的技術難題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種在鋁合金中添加陶瓷增強顆粒，低成本鑄造性能優異的鋁基復合材料的方法。

具體步驟為：

（1）將SiC顆粒和Al粉按體積比SiC:Al =1~4: 1進行量取，混合后放在100℃真空干燥箱內干燥1小時后取出，在氬氣保護下放在轉速為120~350 r/min的行星球磨機中球磨30~60分鐘，使其充分混合均勻后取出，得到均勻干燥的混合粉末，所述SiC顆粒,其粒徑為0.5~0.7um，所述Al粉的純度為99.6%、粒徑為75um。

（2）將步驟（1）球磨得到的均勻混合粉末放在磨具直徑為50mm的粉末在壓力為5~40MPa的壓片機中壓制成片狀，在室溫下保壓5~10分鐘，得混合粉塊。

（3）將純度為99.6%的純鋁，以濃度為2mol/L的稀硝酸清洗表面，以除去表層氧化膜和雜質，最后用蒸餾水徹底沖洗干凈，并將其在不超過50℃條件下快速吹干作為原料備用。

（4）稱取48g含質量百分比含量為75%Cu的鋁銅中間合金、2g純鎂及750g步驟（3）處理好的純鋁，放在氧化鋁坩堝內用井式電阻爐進行熔化，且通入氬氣進行保護，得800g熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金。

（5）將 8~32g步驟（2）所得混合粉塊放到100℃真空干燥箱內干燥2小時，取出干燥好的混合粉塊在氬氣保護下加入到625℃的步驟(4)所得熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金中，保溫5~10分鐘，使其均勻的分散在基體合金中，待加入的混合粉塊熔化之后進行機械攪拌，使其進一步均勻化。

（6）將經過速度為700r/min~1000r/min機械攪拌30分鐘之后的熔體升溫至700℃進行超聲波處理15~20分鐘，超聲波,功率為2000W，超聲頻率為19.99HZ，超聲處理完后扒渣，靜置10~15分鐘，待溫度上升到750℃時澆入預熱為380℃的板材模具中，得到SiC顆粒增強鋁基復合材料。

本發明的有益效果為:

（1）經球磨機混粉后的增強顆粒能夠很好的均勻分布在鋁粉中,再把壓成片狀的混合粉加入到熔融鋁-銅合金，待鋁粉熔化后SiC粉末能夠均勻的分散到鋁-銅合金中。

（2）經真空干燥后的SiC粉末再通過機械攪拌可以提高表面活性，改善與鋁基體的潤濕性。

（3）通過超聲波處理可以除氣，減少缺陷，改善SiC和鋁基體的潤濕性。

（4）該方法制備的顆粒增強金屬基復合材料,發揮了增強顆粒與基體的性能,調控方便,工藝可靠,解決了復合材料內部增強顆粒分布不均勻對其性能的致命影響。

附圖說明

圖1是本發明所述實施例1壓制成的片狀混合粉塊圖。

圖2是本發明所述實施例1拉伸試樣圖。

圖3是本發明所述實施例1鋁-銅合金金相圖。

圖4是本發明所述實施例1摻雜SiC后的鋁基復合材料金相圖。

圖5是本發明所述實施例1摻雜SiC后的鋁基復合材料電子顯微鏡掃描圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步詳細說明,但本發明的保護范圍并不限于所述內容。

實施例1：

（1）將SiC顆粒和Al粉按體積比SiC:Al =1: 1進行量取，混合后放在100℃真空干燥箱內干燥1小時后取出，在氬氣保護下放在轉速為120~350 r/min的行星球磨機中球磨30分鐘，使其充分混合均勻后取出，得到均勻干燥的混合粉末，所述SiC顆粒,其粒徑為0.5~0.7um，所述Al粉的純度為99.6%、粒徑為75um。

（2）將步驟（1）球磨得到的均勻混合粉末放在磨具直徑為50mm的粉末在壓力為20MPa的壓片機中壓制成片狀，在室溫下保壓5分鐘，得混合粉塊（如圖1）。

（3）將純度為99.6%的純鋁，以濃度為2mol/L的稀硝酸清洗表面，以除去表層氧化膜和雜質，最后用蒸餾水徹底沖洗干凈，并將其在不超過50℃條件下快速吹干作為原料備用。

（4）稱取48g含質量百分比含量為75%Cu的鋁銅中間合金、2g純鎂及750g步驟（3）處理好的純鋁，放在氧化鋁坩堝內用井式電阻爐進行熔化，且通入氬氣進行保護，得800g熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金。

（5）將8 g步驟（2）所得混合粉塊放到100℃真空干燥箱內干燥2小時，取出干燥好的混合粉塊在氬氣保護下加入到625℃的步驟(4)所得熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金中，保溫5分鐘，使其均勻的分散在基體合金中，待加入的混合粉塊熔化之后進行機械攪拌，使其進一步均勻化。

（6）將經過速度為700r/min機械攪拌30分鐘之后的熔體升溫至700℃進行超聲波處理15分鐘，超聲波,功率為2000W，超聲頻率為19.99HZ，超聲處理完后扒渣，靜置10分鐘，待溫度上升到750℃時澆入預熱為380℃的板材模具中，得到SiC顆粒增強鋁基復合材料。

（7）用線切割切取拉伸試樣（如圖2），用DDL200電子萬能試驗機在室溫條件下以1mm/min的加載速度對復合材料進行力學性能測試分析。測得其力學性能分別為：抗拉強度208.0 N/mm2，屈服強度163.28 N/mm2，延伸率4.16%。

在光學顯微鏡下拍得鋁-銅合金金相照片（如圖3）和摻雜SiC增強顆粒的鋁基復合材料金相照片（如圖4），可以發現摻雜SiC增強顆粒的鋁基復合材料的晶粒明顯細化。從掃描電子顯微鏡（SEM）圖片可以明顯的觀察到增強顆粒均勻的分布在鋁基體中（如圖5）。

實施例2：

（1）將SiC顆粒和Al粉按體積比SiC:Al =2: 1進行量取，混合后放在100℃真空干燥箱內干燥1小時后取出，在氬氣保護下放在轉速為250 r/min的行星球磨機中球磨45分鐘，使其充分混合均勻后取出，得到均勻干燥的混合粉末，所述SiC顆粒,其粒徑為0.5~0.7um，所述Al粉的純度為99.6%、粒徑為75um。

（2）將步驟（1）球磨得到的均勻混合粉末放在磨具直徑為50mm的粉末在壓力為30MPa的壓片機中壓制成片狀，在室溫下保壓8分鐘，得混合粉塊。

（3）將純度為99.6%的純鋁，以濃度為2mol/L的稀硝酸清洗表面，以除去表層氧化膜和雜質，最后用蒸餾水徹底沖洗干凈，并將其在不超過50℃條件下快速吹干作為原料備用。

（4）稱取48g含質量百分比含量為75%Cu的鋁銅中間合金、2g純鎂及750g步驟（3）處理好的純鋁，放在氧化鋁坩堝內用井式電阻爐進行熔化，且通入氬氣進行保護，得800g熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金。

（5）將 16 g步驟（2）所得混合粉塊放到100℃真空干燥箱內干燥2小時，取出干燥好的混合粉塊在氬氣保護下加入到625℃的步驟(4)所得熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金中，保溫8分鐘，使其均勻的分散在基體合金中，待加入的混合粉塊熔化之后進行機械攪拌，使其進一步均勻化。

（6）將經過速度為800r/min機械攪拌30分鐘之后的熔體升溫至700℃進行超聲波處理20分鐘，超聲波,功率為2000W，超聲頻率為19.99HZ，超聲處理完后扒渣，靜置15分鐘，待溫度上升到750℃時澆入預熱為380℃的板材模具中，得到SiC顆粒增強鋁基復合材料。

（7）用線切割切取拉伸試樣，在室溫條件下用DDL200電子萬能試驗機以1mm/min的加載速度對復合材料進行力學性能測試分析。測得其力學性能分別為：抗拉強度202.0 N/mm²，屈服強度158.13 N/mm²，延伸率4.01%。

實施例3：

（1）將SiC顆粒和Al粉按體積比SiC:Al =3: 1進行量取，混合后放在100℃真空干燥箱內干燥1小時后取出，在氬氣保護下放在轉速為120~350 r/min的行星球磨機中球磨50分鐘，使其充分混合均勻后取出，得到均勻干燥的混合粉末，所述SiC顆粒,其粒徑為0.5~0.7um，所述Al粉的純度為99.6%、粒徑為75um。

（2）將步驟（1）球磨得到的均勻混合粉末放在磨具直徑為50mm的粉末在壓力為40MPa的壓片機中壓制成片狀，在室溫下保壓10分鐘，得混合粉塊。

（3）將純度為99.6%的純鋁，以濃度為2mol/L的稀硝酸清洗表面，以除去表層氧化膜和雜質，最后用蒸餾水徹底沖洗干凈，并將其在不超過50℃條件下快速吹干作為原料備用。

（4）稱取48g含質量百分比含量為75%Cu的鋁銅中間合金、2g純鎂及750g步驟（3）處理好的純鋁，放在氧化鋁坩堝內用井式電阻爐進行熔化，且通入氬氣進行保護，得800g熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金。

（5）將 24g步驟（2）所得混合粉塊放到100℃真空干燥箱內干燥2小時，取出干燥好的混合粉塊在氬氣保護下加入到625℃的步驟(4)所得熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金中，保溫10分鐘，使其均勻的分散在基體合金中，待加入的混合粉塊熔化之后進行機械攪拌，使其進一步均勻化。

（6）將經過速度為900r/min機械攪拌30分鐘之后的熔體升溫至700℃進行超聲波處理20分鐘，超聲波,功率為2000W，超聲頻率為19.99HZ，超聲處理完后扒渣，靜置15分鐘，待溫度上升到750℃時澆入預熱為380℃的板材模具中，得到SiC顆粒增強鋁基復合材料。

（7）用線切割切取拉伸試樣，在室溫條件下用DDL200電子萬能試驗機以1mm/min的加載速度對復合材料進行力學性能測試分析。測得其力學性能分別為：抗拉強度211.0 N/mm²，屈服強度177.58 N/mm²，延伸率5.02%。

實施例4：

（1）將SiC顆粒和Al粉按體積比SiC:Al =4: 1進行量取，混合后放在100℃真空干燥箱內干燥1小時后取出，在氬氣保護下放在轉速為350 r/min的行星球磨機中球磨60分鐘，使其充分混合均勻后取出，得到均勻干燥的混合粉末，所述SiC顆粒,其粒徑為0.5~0.7um，所述Al粉的純度為99.6%、粒徑為75um。

（2）將步驟（1）球磨得到的均勻混合粉末放在磨具直徑為50mm的粉末在壓力為5MPa的壓片機中壓制成片狀，在室溫下保壓10分鐘，得混合粉塊。

（3）將純度為99.6%的純鋁，以濃度為2mol/L的稀硝酸清洗表面，以除去表層氧化膜和雜質，最后用蒸餾水徹底沖洗干凈，并將其在不超過50℃條件下快速吹干作為原料備用。

（4）稱取48g含質量百分比含量為75%Cu的鋁銅中間合金、2g純鎂及750g步驟（3）處理好的純鋁，放在氧化鋁坩堝內用井式電阻爐進行熔化，且通入氬氣進行保護，得800g熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金。

（5）將 32 g步驟（2）所得混合粉塊放到100℃真空干燥箱內干燥2小時，取出干燥好的混合粉塊在氬氣保護下加入到625℃的步驟(4)所得熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金中，保溫10分鐘，使其均勻的分散在基體合金中，待加入的混合粉塊熔化之后進行機械攪拌，使其進一步均勻化。

（6）將經過速度為1000r/min機械攪拌30分鐘之后的熔體升溫至700℃進行超聲波處理20分鐘，超聲波,功率為2000W，超聲頻率為19.99HZ，超聲處理完后扒渣，靜置15分鐘，待溫度上升到750℃時澆入預熱為380℃的板材模具中，得到SiC顆粒增強鋁基復合材料。

（7）用線切割切取拉伸試樣，在室溫條件下用DDL200電子萬能試驗機以1mm/min的加載速度對復合材料進行力學性能測試分析。測得其力學性能分別為：抗拉強度206.0 N/mm²，屈服強度169.57 N/mm²，延伸率4.51%。