[发明专利]内外层同时强化的颗粒增强铝基功能梯度复合管及制备法

说明书

本发明涉及复合材料，具体地说是一种内外层同时强化的颗粒增强铝基(即铝合金基)功能梯度复合管及制备法。

功能梯度材料是由一位日本科学家新野正之在《材料基础》1987，卷10，页31(M.Niino：Funct.Mater.，1987，vol.10，p.31)中提出的一种新型复合材料，目前关于离心铸造法制备SiC或Al₂O₃等密度大于基体铝合金的颗粒增强铝合金基功能梯度复合管，根据胡克雅史，瓦特博雅史在《冶金及材料汇刊A》，1996，卷27A，页4145(Y.Fukui，and Y.Watanabe：Metall.Mater.Trans A.，1996，vol.27A，p4145)和刘清民，焦玉宁，杨院生，胡壮麒在《冶金及材料汇刊B》，1996，卷27B，页1025(Q.M.Liu，Y.N.Jiao，Y.S.Yang，and Z.Q.Hu：Metall.Mater.Trans B.，1996，vol.27B，p1025)报道，密度大于基体铝合金的颗粒只分布在复合管外层，复合管中颗粒的体积百分数从复合管的外表面至内表面是逐渐降低的，其强化部位受限，只有外层，故在应用范围上不适应于要求内外、层同时具有高强度，良好耐磨、耐蚀性和热膨胀系数低，而中间层却具有具有较好韧性和塑性的场合。

本发明的目的是提供一种满足内外层同时具有高强度，良好耐磨、耐蚀性和热膨胀系数低，而中间层却具有具有较好韧性和塑性的颗粒增强铝合金基功能梯度复合管及制备法。

本发明的技术方案是：由颗粒富集层和颗粒贫集层所组成的梯度结构，其中：所述颗粒贫集层分布在复合管的中间区，颗粒富集层分布在复合管的内、外层；

其制备方法是采用非真空感应炉，水平式离心铸造机，步骤如下：

1.在非真空感应炉中将铝合金基体和密度大于基体铝合金的颗粒，采用复合铸造法制备成浆体，温度控制在933～1003K范围，并使浆体处于半固态，即颗粒与基体铝合金已经润湿且有良好的接触界面；

2.将准备好的所述浆体在非真空感应炉中加热，小功率慢速升温，加热速度为4～8K/分钟，在升温的同时对浆体进行机械搅拌，使颗粒在浆体中均匀分布，当温度上升至1073～1100K时，保持所述温度，等待浇铸；

3.将浇道预热至873～1073K；

4.启动离心铸造机，铸模预热至663～683K，根据管径及管壁厚度确定铸机转速；

5.在带电的情况下，直接将步骤2制备好的浆体浇入铸机，制得内、外层同时强化的颗粒增强功能梯度复合管；

所述基体铝合金为铸造铝合金或变形铝合金；密度大于基体铝合金的颗粒为SiC、Al₂O₃或ZrO₂等，直径为3.5μm～100μm。

本发明具有如下优点：

1.力学性能好。本发明利用非真空感应炉和水平式离心铸造机，使密度大于基体铝合金(铸造铝合金或变形铝合金)的颗粒(SiC、Al₂O₃、ZrO₂等)同时分希在铸管的内层和外层，使内、外层同时具有高强度、高硬度，良好的耐磨、耐蚀性等；而铸件中心区域是只分布有少量颗粒的颗粒贫集区，具有良好的韧性，中间层良好的韧性又能为复合管的受力提供缓冲作用，使其具有梯度性能。

2.本发明制备的内、外层同时强化颗粒增强功能梯度复合管，可用于内、外层需同时耐热、耐磨、耐腐蚀的环境下工作。

3.本发明是通过液态法制备浆体，离心铸造机成型的，所以成本低、操作简单。

图1为本发明实施例1制备的内、外层同时强化的功能梯度复合管八分之一横截面宏观相(灰色区域为颗粒富集层)。

图2为本发明实施例1制备的内、外层同时强化的功能梯度复合管四分之一纵截面宏观相(灰色区域为颗粒富集层)。

图3为本发明实施例1制备的内、外层同时强化的功能梯度复合管径向颗粒体积百分数及显微硬度曲线(复合管内表面为坐标原点)。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

其制备方法为：采用非真空中频感应炉，水平式离心铸造机，步骤如下：

1.在非真空中频感应炉中将ZL109铸造铝合金基体和密度大于基体铝合金的直径为3.5μm的SiC颗粒，采用复合铸造法制备成浆体，温度控制在1003K，并使浆体处于半固态，即颗粒与基体铝合金已经润湿，且有良好的接触界面；