[发明专利]一种SiC颗粒增强铝基复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料的开发与应用。

背景技术

碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有较高的比强度、比刚度、弹性模量、耐磨损、耐高温，并且具有良好的热传导性能，在航空、航天、汽车、电子和交通运输等工业领域得到了广泛的应用。目前关于碳化硅颗粒增强铝基复合材料的成分和性能尚缺乏系统深入的研究，且实际应用中也大多采用进口产品。

发明内容

本发明目的公开了一种SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺，采用一定的合金成分配比及特殊的铸造工艺(具体采用挤压铸造方法)，能生产出高比强度、比刚度、弹性模量、耐磨损且易传热的高性能材料。

本发明给出的技术方案为: 

一种SiC颗粒增强铝基复合材料制备方法,其特征在于,包括步骤为:

步骤一,将100份质量的Al-Si-Mg系合金放入本发明自制的干锅电阻炉中，升温至775-785℃，待完全熔化后，将预先制备（1-17）份质量的中间合金Al-R加入到熔体中，在覆盖剂保护下保温25-35min。

所述干锅电阻炉作为搅拌设备，其结构设计为：包括坩埚5、搅拌浆叶4、电机1、盖板3和Ar气管2，所述搅拌浆叶4置于坩埚5内，坩埚顶端的电机1输出轴连接于搅拌浆叶4输入轴，盖板3安装于坩埚口，所述Ar气管2通过盖板3的通孔连接于坩埚内。所述坩埚采用特制了高径比应为（1.5～3.5）：l的高纯石墨坩埚。所述搅拌浆叶4作为搅拌器，采用推进式、多层倾斜搅拌桨叶设计，颗粒比重大于l时，则搅拌器安装于接近容器底部放置，若颗粒比重小于l时，则搅拌器安装于容器偏上部位；其材料采用耐高温不锈钢，并在桨的表面涂上耐蚀涂层。

所述中间合金的预先制备即表面改性工艺，过程为：在所述SiC内加水，加热至获得煮沸的SiC悬浊液，再加入(12-20)份 K₂ZrF_6（氟锆酸钾），继续搅拌加热，并保持烧杯中的混合液的温度在80-90℃，持续搅拌加热3-4h；之后过滤SiC和K₂ZrF₆的混合溶液，将过滤的SiC蒸干、碾碎，最后在445-455℃烘烤3-4h，表面改性结束。

步骤二,保持炉内的温度为695-705℃，用搅拌桨搅拌熔体25-35min，使稀土元素能均匀分布在熔体中。

步骤三,保持炉内的温度为695-705℃将已称量烘烤好的(16-24)份质量的SiC添加到熔体。添在SiC颗粒添加完后，盖上坩埚电阻炉盖板3，升高温度到725-725℃，静置四到六分钟。

步骤四,将熔体浇入金属模具中成型。

步骤五,在295-305℃时效保温4.5-5.5h后，在50～60℃的水中淬火。

步骤六,在535-545℃固溶处理9-11h后，在70～80℃的水中淬火。

步骤七,在165-175℃时效保温6.5-7.5h后空冷。最终获得该种合金材料的成分组成为Ai-Si-Mg系合金、SiC颗粒、稀土元素，各元素质量百分含量如下表：

该材料在SiC颗粒增强铝基复合材料的制备中加入了稀土元素，改善复合材料显微组织中硅相和α-Al相的形状，使粗大板片状的硅相细化成颗粒状或针状，使α-Al相朝着等轴晶、均匀化的方向发展，极大的提高铝基复合材料的性能。

该材料与已有的同类材料相比，具备优良的综合物理性能和力学性能，并且能够实现工艺对材料性能的控制，热传导、磨损性能优异，密度较小，且冲击性能良好。该铝基复合材料可以大大增强材料的热冲击性能，使材料在变温场合使用时保持尺寸稳定性，提高材料的寿命。且该材料在要求减轻重量、耐磨性能优秀的零部件上，具有广阔的市场前景，例如车辆的制动盘，使用颗粒增强铝基复合材料代替传统的铸铁材料，能够在提高零部件耐磨性能的基础上，减重50%～60%。此外，该材料具有较高的比强度、比刚度、弹性模量、耐磨损、耐高温，并且具有良好的热传导性能，在航空、航天、汽车、电子和交通运输等工业领域得到了广泛的应用。

附图说明

图1为制备工艺流程图   

图2本发明搅拌铸造原理示意图

图3为本发明搅拌设备结构示意图

标记说明: 1-电机,2-Ar气管,3-盖板,4-搅拌桨叶，5-石墨坩埚。

具体实施方式

1、SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺

1.1 搅拌铸造原理