[发明专利]一种纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法

说明书

本发明公开了一种纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法，属于金属铸造成形领域，将纳米陶瓷粉与微米级铝粉或铝合金粉配制成纳米陶瓷颗粒含量为3％～10％的混合粉料，将混合粉料在密封罐内的氩气保护下机械混合制成复合粉料，将复合粉末热压成质量约150g～200g的预制块。将预制块在达到750℃左右熔化后，机械搅拌，然后进行高能超声振动。利用超低速层流压铸将复合材料熔体压射入模具型腔，开模取件，获得质量分数为3％～10％的纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料零部件。本发明成形工艺简单易行、效果好，解决了浇铸高质量分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料粘度大、流动性差、陶瓷颗粒易团聚等的问题。

技术领域

本发明属于金属铸造成形领域，更具体地，涉及一种制备高质量分数纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的层流压铸工艺及成形方法。

背景技术

纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料比传统铝合金材料具有更多优异性能，在航空航天、汽车等许多领域具有广阔的应用前景，是目前关注与研究的热点。

目前，通常制备的纳米颗粒增强铝基复合材料的纳米颗粒含量在0％～3％之间，并且制备过程中容易发生团聚，氧化夹渣，粘度大不易充型等问题。为了克服以上问题，常常采用压铸方法。

高压和高速是压铸方法中金属液充型过程的两大特点,也是压铸与其他铸造方法最根本的区别。压铸过程的内浇口充型速度一般为20m/s～70m/s,充填时间只有0.1s～0.2s,金属液充型速度极快,一般型腔中气体很难完全排除,常以气孔形式存留在铸件中,不仅使铸件力学性能下降,不宜进行热处理,而且降低了压铸件的耐压性和气密性,限制了压铸件的使用。

含有陶瓷颗粒的复合材料浆料的粘度大，高速充型时更容易卷气和形成气孔。对于普通铝合金材料的低速压铸已有一些研究，例如纪莲清等人(纪莲清，熊守美，村上正幸，等.铝合金超低速压铸工艺参数对铸件性能的影响[J].铸造,2007,56(10):1057-1061.)的研究不同的超低速压铸参数指出：压铸时理想流态应是慢压射时冲头慢速前进，排出压室中的气体，直至合金液充满压室，再选择合适的快压射速度，在合金液不凝固的情况下充满型腔，然后压射冲头以高压施加于合金液上，使压铸件在静压力作用下凝固，以获得表面光洁、轮廓清晰、内部组织致密的压铸件。该研究表明最佳浇道速度要求小于0.6米/秒。但是不同的复合材料熔体的粘度不同，流动状态也不同，不具有参考性。

傅蔡安等人的中国专利申请“铝碳化硅精密压铸成型工艺”(公开号为CN102154573A)中将粒度为1000目～2500目的SiC粉末直接加入熔融铝液中在进行搅拌，制浆后直接在普通压铸机上进行传统的压铸成形。SiC粉末为5～10微米级，直接外加过程中容易团聚和上浮，而且粉末很难达到均匀分布。

杨杰等人的中国专利申请“一种半固态压铸铝合金材料及使用该材料压铸成型的方法”(公开号为CN105525158A)中将熔融720℃的铝液通氮气搅拌，结束后捞杂质并降至640℃保温，再制成半固态浆料。这样的浆料不是复合材料浆料，而是合金温度低时结晶生成的金属固相，因温度低、固相体积分数大时，不易流动。随后采取的传统压铸，冲头压射速度快，浆料经过内浇口形成高速流动，容易飞溅回流，气体无法及时排出造成裹气、夹渣等缺陷，致使铸件机械性能受到影响，无法达到理想目标。

含有陶瓷颗粒、特别是纳米颗粒的半固态浆料粘度大不易流动，陶瓷固相颗粒体积分数高时结晶潜热低，传统压铸工艺很难获得良好铸件。

因此，需要开发一种新型的纳米颗粒增强复合材料浆料的压铸成形方法，克服现有技术的以上缺陷。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种含有纳米陶瓷颗粒的复合材料浆料的压铸成形方法，其目的在于，提供一种新型的纳米颗粒增强铝基复合材料的层流压铸成形方法，解决制备高质量分数纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料时充型困难、纳米陶瓷颗粒分散不均、易团聚的问题。