[发明专利]短纤维/SiCp增强泡沫铝基轴瓦的半固态制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于多孔泡沫金属材料制备技术领域，尤其涉及短纤维/SiC_P增强泡沫铝基轴瓦的半固态制备工艺。

背景技术

轴瓦作为汽车发动机的重要零件之一,其性能的优劣直接影响着发动机的速度、承载能力、工作可靠性和使用寿命。早期的轴瓦材料以巴士合金为主，但是由于承载能力太差、疲劳强度较低，且随着工作温度升高机械强度急剧下降，巴氏合金已不能满足汽车发动机的要求。现阶段汽车发动机轴瓦主要采用铜基和铝基合金两类轴瓦材料生产制造，其中，铝基合金轴瓦材料因具有良好的导热性、耐磨性、抗咬合性、耐磨性和疲劳强度，且比重较轻而被人们寄予厚望，但是其强度偏低，成为一个很严重的缺陷，此外，铝基轴瓦的润滑性能也是一个需要考虑的问题。

泡沫铝是一种在铝基体中均匀分布着大量连通或不连通的孔洞的新型轻质多功能材料，它兼有连续金属相和分散空气相的特点。陶瓷颗粒(如SiC、SiO₂、TiB₂、AL₂O₃等)增强泡沫铝基复合材料是近几年发展起来的一种新型泡沫金属材料，它在保持泡沫铝良好的功能特性(如超轻性、吸音性、耐燃性、吸收能量性、电磁波屏蔽性及环保性)的基础上，加入高强度、高硬度的陶瓷颗粒作为泡沫铝的增强体，从而提高材料的刚度、屈服强度以及抗拉强度等力学性能。

目前，制备陶瓷颗粒增强泡沫铝基复合材料的常规方法是熔体发泡法，其使用最普遍的陶瓷颗粒和发泡剂分别为SiC颗粒和TiH₂，制备SiC颗粒增强泡沫铝基复合材料的工艺流程为：首先将铝锭熔化，然后将经过热处理的SiC颗粒加入铝熔体并高速搅拌均匀，随后加入预处理过的发泡剂TiH₂，高速搅拌均匀后，保温一段时间，发泡剂TiH₂在高温下分解产生气体，则气体滞留在熔体内冷却凝固后即产生大量孔洞。

SiC颗粒增强泡沫铝基复合材料中均匀分布的气孔使金属发泡成为所需的结构和形状，同时均匀分布的SiC颗粒起到强化作用，但是存在韧性相对较差的缺点，此外，现有的SiC颗粒增强泡沫铝基复合材料的熔体发泡法存在的主要缺陷为：①制备过程中的搅拌方法大多是采用机械搅拌，通过搅拌桨的旋转带动铝合金熔体的高速旋转，以达到分散增粘剂、SiC颗粒以及发泡剂的目的，该方法虽然简单易行，但是整个搅拌过程不仅将铝液暴露于空气中浪费了热能，而且搅拌桨很容易在高温铝合金熔体中被腐蚀，需要经常更换搅拌桨从而造成生产的高成本和低效率；②会产生气泡分布不均匀且局部气泡尺寸过大，操作较难控制，且SiC颗粒的均匀分布也较难保证；③发泡剂TiH₂的初始分解温度(400℃)低，高温热分解速度快，使得气泡在金属熔体中的分布和长大难于控制，往往需要进行氧化或包覆处理，增加了制备工艺的复杂性，提高了生产成本。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供短纤维/SiC_P增强泡沫铝基轴瓦的半固态制备工艺，从而制备出具有质量轻、抗震性能好、低摩擦、高韧性、高致密度、便于润滑的半固态泡沫铝基轴瓦。

为了达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

短纤维/SiC_P增强泡沫铝基轴瓦的半固态制备工艺，包括以下步骤：

1)准备阶段，该阶段完成制备短纤维/SiC_P增强泡沫铝基的低摩擦轴瓦的初始准备工作，具体为：

1.1)将准备好的纳米颗粒状TiH₂发泡剂、微米颗粒状SiC颗粒以及短纤维添加到微米颗粒状铝基体材料内，均匀混合后制成混合材料，其中，纳米颗粒状TiH₂发泡剂的粒度大小为50～100nm，添加量为混合材料质量分数的1％～5％，微米颗粒状SiC颗粒的粒度大小为50～100um，添加量为混合材料质量分数的5％～15％，短纤维的直径为1～3um，长度为7～10um，添加量为混合材料质量分数的15％～20％，微米颗粒状铝基体材料的颗粒大小为50～100um；

1.2)给用于对步骤1.1)中得到的混合材料进行半固态等温处理的模具型腔内壁涂抹隔离剂，以促使最终制备的半固态的短纤维/SiC_P增强泡沫铝基轴瓦容易脱模；

2)制备阶段，该阶段完成制备具有半固态特性的短纤维/SiC_P增强泡沫铝基轴瓦，具体为：

2.1)将步骤1.1)得到的混合材料倒入制备轴瓦用的半固态等温处理装置的模具型腔内并均匀压实；