[发明专利]一种脉冲电场与电磁场下合成颗粒增强复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒增强金属基复合材料的制备技术领域，特别涉及到一种在脉冲电场与电磁场耦合作用下熔体直接反应合成制备颗粒增强金属基复合材料的新方法。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料因具有复合的结构特征和良好的理化及机械性能，逐渐成为一种应用越来越广泛的新型材料；颗粒增强金属基复合材料的制备方法较成熟的主要有两种：外加增强颗粒法和原位反应生成法。

对于外加增强颗粒法，经检索现有技术发现，中国专利：CN 1510153，公开日为：2004.07.07，发明名称为：高强高塑颗粒增强铝基复合材料及其制造方法，该专利的制备方法是将增强颗粒外加到铝合金粉末中混合均匀，然后进行热压和热加工成型，这是传统的PM法；该方法由于颗粒相与金属相间界面复合情况难以控制，增强颗粒的粒度要求很高，特别是外加增强颗粒在金属基体内的分布容易出现团聚问题难以解决，且工艺过程非常烦琐，并不适合大规模生产。

目前，熔体反应合成法是制备颗粒增强金属基复合材料的重要方法，该方法是通过向熔体内加入反应物（以盐或氧化物为主），通过反应物与金属基体间的原位化学反应形成增强颗粒相；该方法制备颗粒增强金属基复合材料的优点是颗粒相与基体界面不受污染、相界面润湿性好、相结合力强且工艺过程相对简单等，因此日益受到国内外研究的重视。

目前，熔体反应合成法制备颗粒增强金属基复合材料存在的主要问题是反应过程难控制，表现在反应速度和效率难以提高，生成的颗粒增强相易团聚长大，严重影响材料的工业规模生产和应用。

利用外场作用可以改善原位合成反应的热力学与动力学条件，起到促进原位反应进行的作用，同时，外场作用可以控制颗粒相的过分长大或偏聚团簇现象，因此，在外场下原位合成金属基复合材料越来越受到研究者的重视。

现有技术中，提出了采用电磁场、超声场及其组合外场下制备颗粒增强金属基复合材料；这些现有技术主要包括：中国专利：CN 1676641A（公开日：2005.10.5，发明名称：制备金属基纳米复合材料的磁化学反应原位合成方法）提出在磁场（稳恒磁场、交变磁场和脉冲磁场）下进行原位磁化学反应合成；中国专利：CN 1958816（公开日：2007.05.09，发明名称：功率超声法制备内生颗粒增强铝基表面复合材料工艺）提出利用功率超声制备内生颗粒增强(Al₃Ti相)铝基表面复合材料，使增强相在基体的表层分布均匀，界面结合更好；中国专利：CN 101391290A，一种磁场与超声场耦合作用下制备金属基复合材料的方法，提出在原位反应过程施加磁场与超声的耦合场；中国专利 CN101391291A提出一种组合电磁场下原位合成金属基复合材料的方法，对熔体的原位反应合成过程施加由旋转磁场和行波磁场组合的磁场。

从现有技术报道及生产实践可知，熔体反应合成制备颗粒增强金属基复合材料的过程中施加电磁场、超声场及其形成耦合外场，具有较好的颗粒细化和分散效果；从熔体直接反应合成原位颗粒增强金属基复合材料的反应特点可知：反应盐与金属熔体之间的反应实质是带电离子颗粒与金属熔体之间的反应，其中带电离子颗粒的行为对原位反应的速率、产率以及颗粒的析出、长大和分布有决定性影响，因此，原位反应合成过程直接施加外电场，直接影响带电离子颗粒的行为，对控制原位反应的速率、产率以及颗粒的析出、长大和分布是一种非常有前景的制备方法；同时，考虑到熔体直接反应合成过程反应物与熔体之间的混合对反应过程也至关重要，而单一施加电场对反应熔池的搅拌作用较弱，往往需要辅助搅拌手段，因此，在施加电场的同时，对熔体施加电磁场，有望解决目前熔体直接反应合成制备颗粒增强金属基复合材料存在的反应过程难控制、反应速度和效率难以提高、生产的颗粒相形貌和分布难以控制等关键问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种在脉冲电场与电磁场耦合作用下合成颗粒增强金属基复合材料的新方法，解决目前熔体反应合成法制备颗粒增强金属基复合材料存在的反应速度和效率难以提高，生成的颗粒增强相易团聚长大等关键问题，实现高性能颗粒增强金属基复合材料的工业规模制备和应用。