[发明专利]一种可焊接的层状Fe/Al基复合材料板材的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及复合材料技术领域，具体的涉及一种可焊接的层状Fe/Al基复合材料板材的制备方法。

背景技术：

Fe-Al金属间化合物原料丰富、成本低廉、密度低、比强度高、耐磨性好、抗氧化(硫化)、抗腐蚀性优异，作为新一代中高温结构材料和不锈钢替代材料，在熔炉装置、热交换管道、汽车阀门、熔盐设备构件等高温恶劣环境中的应用有着广阔前景。而且复合板能将铝合金与钢或铁的异种材料焊接问题转化为铝合金和铝合金、钢铁和钢铁的同种材料焊接问题，从而避免了直接焊接过程中铝合金与钢或铁的相互反应。而且铁铝金属间化合物的室温脆性很大，且铝含量越高，由晶界弱化造成的脆性越严重，加工困难，焊接性能差。

中国专利(201110062435.5)公开了一种层状FeAl基复合材料板材的制备方法，其是将铝基体份和陶瓷颗粒混合均匀，冷压成型，然后放入真空热压炉中，得到陶瓷颗粒增强铝基复合材料毛坯，将陶瓷颗粒增强铝基复合材料毛坯轧制成薄板与纯铁板交替层叠经过热压、热轧和热处理，得到层状FeAl基复合材料板材，该复合材料的界面较为平直，结合好，室温弯曲强度可达1132MPa，屈服强度大大提高，但是其与其他零部件连接是，焊接性能不好。

发明内容：

本发明的目的是提供一种可焊接的层状Fe/Al基复合材料板材的制备方法，其制得的层状Fe/Al基复合材料板材柔韧性好，抗冲击性能优异，具有较好的焊接性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种可焊接的层状Fe/Al基复合材料板材的制备方法，包括以下步骤：

(1)将不同质量比的增强体粉末与铝基体粉末分别加入到混料机中，加入钢球进行混合均匀，制成增强体含量不同的混合粉末；

(2)将增强体含量不同的混合粉末依次封装于圆柱形钢模具中，进行冷压成型，得到坯锭；

(3)将封装于圆柱形钢模具中的坯锭在惰性气体气氛下，进行热压成型，将热压成型的圆柱形坯锭封装入金属包套中，进行高温真空除气处理；

(4)将经高温真空除气处理的坯锭进行热等静压致密化，成型为致密度为100％的复合材料坯锭，最后机加工去掉热等静压坯锭外面的金属包套，得到层状铝基复合材料；

(5)将层状铝基复合材料与纯铁板交替层叠，然后在400-600℃、压力为30MPa的条件下，热压4-5h，得到热压多层复合板材，然后在300-600℃条件下，对得到的热压多层复合板材进行热轧处理，得到铁铝复合板；

(6)将铁铝复合板在真空度为0.01-0.03Pa、压力为10-20MPa、温度为800-1400℃条件下进行热处理26h，得到可焊接的层状Fe/Al基复合材料板材。

作为上述技术方案的优选，所述层状铝基复合材料的厚度为5-10mm。

作为上述技术方案的优选，所述可焊接的层状Fe/Al基复合材料板材的厚度为10-15mm。

作为上述技术方案的优选，所述增强体为碳化硅或硅，颗粒的粒径大小为50-100nm。

作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述层状铝基复合材料为三层，增强体含量由上至下逐层降低，上层增强体的质量分数为50-70％，中层增强体质量分数为上层的一半，下层增强体含量为0。

作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，冷压成型的压力为20-45MPa，冷压致密度为50-70％。

作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，热压成型热压温度为350-500℃，压力为20-50MPa，热压致密度为70％-90％。

作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，高温真空除气处理的除气温度为540-620℃，升温速度为20-50℃/h。真空度为0.45Pa以下，除气时间不超过28h。

作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述金属包套选用纯铝或20#钢，包套厚度为5-6mm。

作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，热等静压温度与高温真空除气处理温度保持一致，为540-620℃，压力为100-130MPa，保温保压6h。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用粉末冶金工艺，增强体颗粒的含量可以得到控制；

(2)本发明采用热压技术使得坯锭热压致密度为70-90％，使用惰性气体保证粉末不会被氧化，在合适的温度下进行压制成型，可以让每层的残余应力都得到释放，不会出现层间裂纹；