[发明专利]一种碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法。本发明采用特定配比和粒度的原料制备碳化硅增强铝基复合材料，能够使材料微观上增强体颗粒呈均匀分布、宏观上“软”、“硬”相层状分布，最大限度消除增强体颗粒因微观团聚所形成的缺陷源，同时利用“软”、“硬”相层状结构阻碍受载荷下的裂纹扩展，最终使碳化硅增强铝基复合材料的塑性得到明显改善，断后延伸率与同基体成分的铝合金相当。本发明提供的制备方法中真空烧结的温度远低于碳化硅颗粒与铝基体的反应温度(约为690℃)，增强体与铝基体结合好、无Al₄C₃脆性相产生，热加工后延伸率高。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

铝合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀以及成型性能好等优点，是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。近年来，工业设计、制造以及应用对金属材料性能的要求越来越高，以铝等轻金属为基体的碳化硅增强复合材料因其密度低，高比模量、高比强度，还兼具低热膨胀系数、耐磨等功能特性，已成为军事国防、航天航空等高技术领域不可缺少的轻量化结构材料和功能材料，并在交通、电子、能源、环境等国民经济和高新技术领域获得了越来越多的应用。但碳化硅增强铝基复合材料也存在着一直以来难以克服的缺点，那就是碳化硅颗粒容易形成微观团聚，且塑性和冲击韧性偏低，呈现脆性材料特征，因此难以用做承受动载荷的结构材料，使其应用受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法，本发明提供的碳化硅增强铝基复合材料中几乎不存在碳化硅颗粒的微观团聚，碳化硅分布呈空间有序结构排布；且材料具有优异的力学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳化硅增强铝基复合材料，制备原料包括铝合金粗粉、铝合金细粉和碳化硅粉，所述铝合金粗粉和铝合金细粉的质量比为(1～5)：1，所述碳化硅粉在所述碳化硅增强铝基复合材料中的质量含量为5～20％；所述铝合金粗粉、铝合金细粉和碳化硅粉的粒径比为(1.5～5)：1：(0.75～3)，且所述铝合金粗粉的D50≤80μm，铝合金细粉的D50≥5μm。

优选地，所述铝合金粗粉的D50为40～60μm，铝合金细粉的D50为10～20μm，碳化硅粉的D50为10～20μm。

优选地，所述铝合金粗粉和铝合金细粉为相同牌号的铝合金粉，包括6061铝合金粉、6063铝合金粉或6082铝合金粉。

本发明提供了上述技术方案所述碳化硅增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将铝合金粗粉、铝合金细粉和碳化硅粉混合，得到混合物料；

将所述混合物料依次进行等静压成型、真空烧结、挤压成型和热处理，得到碳化硅增强铝基复合材料；其中，所述真空烧结采用阶梯加热式保温方式进行，所述阶梯加热的最高温度为550～650℃。

优选地，所述混合在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为20～30r/min。

优选地，所述等静压成型的压力为100～200MPa，保压时间为120～600s。

优选地，所述真空烧结具体包括：

由室温经第一升温速率升温至100～200℃，保温50～100min；然后经第二升温速率升温至400～500℃，保温50～100min；最后经第三升温速率升温至550～650℃，保温120～240min；所述第一升温速率、第二升温速率和第三升温速率独立地为2～5℃/min。

优选地，所述挤压成型的挤压温度为480～520℃，挤压比为20～50。

优选地，所述热处理包括依次进行的淬火和时效。