[发明专利]一种颗粒增强金属基复合材料的熔融金属包覆热等静压制备方法

说明书

本发明公开了一种颗粒增强金属基复合材料的熔融金属包覆热等静压制备方法，目的在于解决目前采用粉末冶金法中的热等静压工艺制备颗粒增强金属基复合材料时，需要制作密封性良好的包套，工序繁杂，通常只能制备形状简单坯料，生产效率受限，且焊接过程中，会产生强光和烟尘等，对环境友好性较差的问题。本发明的方法包括原料混合、冷等静压成型、装配、热等静压四个关键步骤。本发明作为一种新的热等静压方法，能有效解决传统方法需要进行封焊包套的问题，有效简化生产工艺，提高生产效率，突破生产效率的瓶颈。同时，本发明在保证材料质量的同时，有效降低生产能耗和成本，并且对环境友好，具有较高的应用价值，值得大规模推广和应用。

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其是合金材料制备领域，具体为一种颗粒增强金属基复合材料的熔融金属包覆热等静压制备方法。本发明作为一种颗粒增强金属基复合材料的制备方法，其能够有效简化合金材料的制备工序，缩短生产周期，具有较好的效果和应用前景。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料作为一种较成熟的非连续相增强复合材料，其具有高比模量、高比强度、高微屈服强度、低膨胀系数、耐磨性良好等优异性能，已被广泛应用于航空航天、武器装备、电子等行业，并带来了巨大的经济效益。

英国最早将SiC_p/Al复合材料应用于直升机旋翼系统，随后在欧美国家得到广泛推广，起到了良好的减重和耐磨效果。

美国空军对于C-130等大型战略运输机的结构升级改进的一个重要部分在于，大量利用SiC_p/Al复合材料零件替代原有的钢制零件，试车试验结果表明：在大幅度减重的同时，很好的保持了刚度要求；并且，SiC_p/Al复合材料还被用作部分火箭的支撑件。基于颗粒增强金属基复合材料的优点，美国最大军火制造商Lockheed公司在其生产的机载电子设备及仪表支架中，已大量采用25vol%SiC_p/6061Al。日本Kurumoto公司采用粉末冶金制备的WC增强高Cr含量铸铁复合材料，作为一种新的超耐蚀材料，已被应用于大型运输机衬板，并将运输机衬板的使用寿命由30～50d提高至670d。为满足低膨胀字数、低密度和高导热的要求，美国空军已使用Gr_sf/Mg与SiC_w/Al复合材料制造部分电子封装器件。同时，已有数种SiC_p/Al与Gr_p/Al复合材料被用于制造地面—轨道通信卫星及GPS全球定位系统卫星的部分散热部件，在地球同步轨道卫星的动力模块上取代Cu-W合金，取得了良好的效果。

同时，在民用领域，颗粒增强金属基复合材料也取得了长足的进步。

基于颗粒增强金属基复合材料高比刚度、高比强度和高耐磨性、高耐疲劳性的特点，使其适宜于制造机械设备的动力、传动和制动装置。20世纪80年代初，日本Toyota公司与Art Metal公司合作，首先将挤压铸造法制备的Al₂O₃·SiO_2sf/Al应用于汽车发动机活塞部件，大大提升了活塞部件的耐磨损性能和散热性，开创了金属基复合材料在民品领域应用的先河。之后，日本Mazda公司由研制出Al₂O_3p/Al复合材料连杆，在减重30%以上的同时，提高了连杆的抗拉强度和疲劳强度。美国Duralcan公司用SiC_p/Al复合材料生产汽车制动盘部件，经试验验证，效果良好。美国Lanxide公司用SiC_p/Al复合材料生产的刹车片，已于1996年大量投入生产。美国DWA公司将SiC颗粒体积分数为30～70%的SiC_p/Al复合材料，用于电子封装基片。

同时，颗粒增强金属基复合材料中基体与增强体的可选择性，为复合材料功能的按需设计，提供了得天独厚的优势。DWA公司生产的B₄C_p/Al复合材料及其板材，具有良好的热中子屏蔽吸收性能，已应用于核电站等的乏燃料贮存及转运设备中，取得了良好的环境效益。