[发明专利]一种定向增强铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料制备领域，具体是指一种定向增强铝基复合材料的制备方法。

背景技术

早在20世纪80年代，人们就已经认识到晶须或短纤维等增强体在金属基复合材料基体中的分布，若由三维随机状态变成单向排布，则晶须或短纤维的增强效果将大大提高。目前，通过对铝基复合材料的二次加工(如轧制、挤压等)虽然能够实现晶须或短纤维在垂直受力方向上的定向有序排列，但这种方法晶须或短纤维的定向度不高，且容易对晶须或短纤维造成损害。基于此点，人们开始尝试不需二次挤压即使晶须或短纤维定向分布的方法。姚奎毅等人在刊物《机械工程材料》中发表了题为“SiC晶须在高压静电场作用下单向排列的研究”的论文，提出了一种在高压静电场作用下，经过预处理的SiC晶须在含有适量非离子表面活性剂的氟里昂(R-113)中单向排列的工艺，但作者未提出如何将该方法与复合材料的复合过程结合起来。此外，杜军等人在刊物《摩擦学学报》中发表了题为“短纤维取向对Al₂O_3f+C_f/ZL109复合材料干滑动摩擦磨损性能的影响”的论文，该文提到采用挤压铸造法制备Al₂O_3f+C_f/ZL109复合材料，由于预制体在制备过程中受单向压力，使得短纤维在复合材料中的分布呈现一定的方向性。但短纤维增强体的定向度仍然不高。在此基础上，李文方等人在刊物《材料科学与工程》中题为“硅酸铝/ZL109复合材料的纤维定向及其磨损特征”论文中提出了一种混合浆料挤压成型法，具体是将硅酸铝、添加剂与粘结剂组成的混合浆料放入模具中挤压制成硅酸铝定向分布的预制件，然后通过液体压力浸渗法制成复合材料。但该种方法受液体压力浸渗法制备金属基复合材料工艺本身特点的限制，挤压铸造过程中预制块易发生变形、铸渗后表面粗糙度大，微观结构不均匀，晶粒尺寸粗大和界面反应严重等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种定向增强铝基复合材料的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种定向增强铝基复合材料的制备方法，包括下述步骤及其工艺条件：

(1)铝基复合材料粉料的制备

按照配方称量配料，短纤维状陶瓷相占陶瓷相和金属粉总体积的10～70％，金属粉的粒度范围10～80微米之间，同一批次用粉粒径差<15％；

(2)聚乙烯醇溶液的配制

配制聚合度为1500～2000，质量浓度为4～6％的聚乙烯醇溶液；

(3)铝基复合材料粉体浆料的制备

按铝基复合材料粉料：聚乙烯醇溶液=100∶6～15的质量比，将(1)加入(2)中，混合均匀后，得到铝基复合材料粉体浆料；

(4)铝基复合材料生坯细丝的制备

将铝基复合材料粉体浆料放入定向挤制模具喷嘴内径为0.7～1.5mm的定向挤制模具进行定向挤制，制备出短纤维状陶瓷相定向增强的铝基复合材料生坯细丝；

(5)后处理

铝基复合材料生坯细丝烘干干燥后，沿长度方向叠放，压力成形铝基复合材料生坯块体，将铝基复合材料生坯块体置于氢气或氩气气氛炉或真空炉中烧结，得到短纤维状陶瓷相定向增强的铝基复合材料。

步骤(1)所述金属粉为铝合金粉或铝合金成分粉。

步骤(1)所述短纤维状陶瓷相为SiC晶须、Si₃N₄晶须、Al₂O₃短纤维。

步骤(2)所述聚乙烯醇的聚合度为1500～2000。

步骤(5)所述的烘干温度为220～250℃，保温3～5h；压力成形条件为500～700MPa之间。

步骤(5)所述的氢气或压气气氛炉或真空炉中烧结的温度为640～700℃，保温1～3h。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、与铝基复合材料通过挤压或轧制等二次加工后形成增强体定向分布相比较，本发明制备的铝复合材料中晶须或短纤维增强体的定向分布程度高，且不对增强体产生损害。

2、与混合浆料挤压成型法制备增强体定向分布的预制件，然后液体压力浸渗制备增强体定向增强的铝基复合材料的方法相比较，本发明制备的铝基复合材料增强体与基体的界面清洁、界面反应小。

3、本发明适用范围宽，可通过对铝基复合材料基体及其粉体浆料的组成、定向挤制模具的喷嘴内径等调整增强体的定向度，以适应不同的性能需求。