[发明专利]一种原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属基复合材料和制造技术领域，特别是提供了一种原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，是冷喷涂成形技术与热处理复合工艺制备原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料。

背景技术

铝基复合材料具有质量轻、比强度高、热稳定性和导电导热性优异、低的热膨胀系数以及良好的耐磨性等一系列优点，在国防、航空航天、汽车、电子、交通运输、民用机械等领域具有广阔的应用背景。而颗粒增强铝基复合材料因其具有增强体成本低、材料性能各向同性、制备工艺及设备要求较低，便于批量生产等优点，具有广阔工业生产前景。目前，铝基复合材料的增强颗粒以陶瓷类（如氧化物、氮化物、碳化物等）颗粒为主，如SiC、A1₂O₃、A1N、B₄C等，其优点是密度低、硬度高。但陶瓷颗粒增强铝基复合材料存在陶瓷颗粒增强体与铝基体之间浸润性差、界面结合不良以及颗粒在基体中分布不均等问题，从而影响了铝基复合材料的综合力学性能的发挥。

金属间化合物是一种高温结构材料，弹性模量、熔点和高温强度非常高。它既具有金属的性质，如金属光泽、导电性、导热性等，又具有一定陶瓷的性质，如较高的比强度和比刚度，以及介于合金和陶瓷之间高的使用温度和热膨胀系数，这些特点使其成为铝合金等轻金属材料有效的增强相。此外，金属间化合物相对于陶瓷具有良好的可塑性，因而在提高基体合金强度的同时，不会降低其塑性，而原位自生金属间化合物颗粒更是与基体合金的晶体结构匹配性好，界面结合强度高。以上所述为原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料具有良好的综合性能提供了基础。目前，原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料制备方法主要是搅拌铸造、液态金属浸渗、挤压铸造等液态法，其过程主要是通过将纯金属粉末加入铝熔体中与铝反应生成Al-M系金属间化合分散相，从而增强铝基复合材料。但此类方法制备工艺及设备复杂，生产周期长，成本较高，生产过程中易于出现铸造缺陷（气体和夹杂），而且温度选择不当易造成偏析。因此，提出一种工艺简单、快捷，成本低廉的原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料的制备技术很有必要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、可靠，且易于推广应用的原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料的制备方法。本发明提出的方法有利于控制金属间化合物颗粒的尺寸、体积分数和分布状态，所制备的铝基复合材料均匀无缺陷，且工艺简单、成本低廉、可再生利用，特别适合工业化推广应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

将金属粉末M和Al粉，按75～25at.%的M和25～75at.%的Al进行配比（at.为原子百分比），然后在惰性气氛、低温或真空下进行机械合金化制备M(Al)固溶体合金粉末；

将上述M(Al)固溶体合金粉末进行分筛，获得不同粒径粉末；

将不同粒径M(Al)固溶体合金粉末与Al或Al合金粉按5～60vol.%的M(Al)和95～40vol.%的Al及其合金配比在球磨混料机中混合均匀；

在平板状或棒状基体表面进行喷砂粗化处理；

采用冷喷涂在上述基体上喷涂步骤(3)准备的粉末，送粉量50～100g/min，涂覆层厚度300μm～50mm；

对步骤(5)获得的涂覆层在真空或惰性气体环境下进行热处理，温度450～650℃，时间1～8小时，获得原位M-Al金属间化合物颗粒增强铝基复合材料。

基体需要剥离时，应将基体在步骤(6)的热处理之前进行剥离。

本发明的其他特点是：

所述的原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，由增强体和基体合金组成，所述的基体合金是铝及铝合金，所述增强体为原位自生的金属间化合物颗粒，其占总体积5～60%，其余为基体合金。

所述的原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，金属粉末M可以是Fe、Ti、Ni、Cu、Co等金属中的一种或多种。

所述的原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，所述M-Al金属间化合物颗粒增强体可以是MAl、M₃Al、M₂Al₅、MAl₃等金属间化合物中的一种或几种。

所述的原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，步骤(1)中的M(Al)为固溶体合金粉末；