[发明专利]一种粉末注射成形制备空心球金属基轻质复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种粉末注射成形制备空心球金属基轻质复合材料的方法，所述方法将金属或合金粉末，空心球和有机粘结剂组分搅拌、混炼制备成注射粒，然后在一定温度和压力下注入模具中进行注射成形，冷却后脱模获得具有特定形状的产品生坯，将生坯进行脱粘和烧结后制备得到金属基复合材料。利用本方法制备的金属基复合材料在显著降低密度的同时，可保证材料的尺寸精度和批量一致性，解决了一般金属基复合材料成本高、密度大、难以批量生产的问题，同时制备工艺简单、可一次成形，对空心球颗粒种类及尺寸适应范围广，可以实现全自动连续生产，生产效率高。

技术领域

本发明属于金属基轻质复合材料制备领域，特别是涉及一种粉末注射成形制备空心球金属基轻质复合材料的方法。

背景技术

金属基复合材料是以金属或合金为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料，其在力学性能方面为横向及剪切强度较高，韧性及疲劳等综合性能较好，同时还具有导热、导电、耐磨、热膨胀系数小、阻尼性好、不吸湿、不老化和无污染等优点，但也具有造价高、密度大、制备工艺复杂等缺点。例如纤维、晶须等增强体的价格昂贵，制备工艺复杂，导致这类金属基复合材料的应用受到限制，而颗粒增强体价格相对低廉，基体合金可选择的范围宽，并能够采用传统工艺方法制备和二次加工，易于实现批量和大规模生产，具有很好的经济效益。近年来，高强轻质合金材料在航空、航天、汽车、建材等领域的应用越来越广泛，在不显著影响压缩性能的情况下降低金属基复合材料的密度是合金材料轻量化的主要途径。泡沫金属材料是材料轻量化的主要方向，按孔洞的结构分为通孔和闭孔两类，其中闭孔泡沫金属材料具有更好的强度，因其兼具结构材料和功能材料特性而具有更广泛的用途。以空心球体填充的金属基复合材料具有轻质、高强度、耐磨性好以及良好的缓冲吸能效果等特性。其增强体主要有Al₂O₃空心球、SiC空心球、SiO₂空心球、C空心球、玻璃微珠、粉煤灰或有一定配比的混合空心球等。基体主要是铝合金，也有镁基、铁基、铜基、钛基、铅基等。根据复合材料的密度控制和空心球可溶入量，复合材料中孔隙率可以达到40％以上。

粉末注射成形技术是传统粉末冶金技术与现代塑料注射成型工艺相结合而形成的一种零部件新型成型技术，该技术的最大特点是可以直接制造出具有最终形状的零部件，最大限度地减少机加工量和节省原材料。而且该技术的材料适应性广，凡是可以制成粉末的金属、合金、陶瓷等均可用此技术制成零部件。此外，该技术还可以实现全自动化连续生产、生产效率高、材料性能优异、产品尺寸精度高，因此被誉为“当今最热门的零部件成形技术”。

现有技术中生产金属基空心球复合材料的方法主要有以下几种：申请号为CN104498759A 的中国专利公布了一种混合空心球金属基轻质复合材料的制备方法，采用混合搅拌法将预热的空心球加入液态金属熔体中搅拌，使空心球在金属熔体中尽量分布均匀，但由于空心球和基体金属密度的差异造成空心球在复合材料中呈阶梯状分布；申请号为CN103614586的中国专利公布了一种Al₂O₃空心球/铝多孔复合材料的制备方法，采用压力渗流铸造法借助外界压力使金属熔体渗流进入空心球间隙，但这种方法无法控制渗流进程、补缩能力差，同时由于压力作用造成铝基体密度增大；申请号为CN001094696的中国专利公布了一种原位合金化与反应颗粒增强金属基复合材料制备方法，采用熔铸原位反应法将金属基体熔炼后利用原位反应操作制成产品，但其工艺复杂，不利于批量化生产。因此，寻找适合批量生产优质金属基复合材料的方法，从而生产适用于各种合金、低成本、高强轻质、结构复杂金属基复合材料成为急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对空心球金属基复合材料成本高，精度低，成形能力差，工艺复杂，无法批量生产的问题，提供了一种粉末注射成形制备空心球金属基轻质复合材料的方法，得到的泡沫金属基复合材料在提高精度和生产效率的同时，还降低了材料的密度，实现了复合材料的轻量化，并且能够生产结构较复杂部件。

本发明是通过以下技术方案实现的：