[发明专利]一种颗粒增强铝基耐磨管材及其制备

说明书

技术领域

本发明属于铸造铝合金和复合材料领域，涉及到用离心铸造方式成型的颗粒非连续增强金属基复合材料管材及其制备。非连续增强金属基复合材料与其基体金属相比具有强度高、刚度高、耐热、耐磨、抗蠕变性等优异力学性能，而且其价格较低，易加工和回收再利用，因此在航空航天及民用工业中有着广阔的应用前景。

背景技术

目前，采用离心铸造方式制备管材已用于批量生产，但无论是以有色金属还是以黑色金属为原料，所得管材组织都相对均匀，使管材耐磨性在径向上不存在剃度分布，为此，要得到耐磨性好的管材，必须提高原材料的整体耐磨性，而这种方法有时会大幅度增加管材的重量。为克服这一缺点，现在已有工艺选取颗粒增强金属基复合材料为离心铸管的原材料。在用于铝合金基体的颗粒增强相中，绝大多数增强相的密度大于基体合金，因此，在离心铸造过程中，增强相颗粒偏聚于管材外壁，从而使管材耐磨性在径向上有从里向外，由低到高的梯度分布。于是，离心铸造颗粒增强金属基复合材料比一般的复合材料铸造工艺节约了价格较高的增强相，与具有相同耐磨性的常规材料相比又减轻了管材的重量。但是，在大多数管材的应用中，希望管材有较好的内壁耐磨性，以保证输送过程的安全性。这样，一般颗粒增强金属基复合材料在离心铸造中就难以达到这一要求。为在复合材料的离心铸造中得到内壁耐磨的管材，必须选取密度明显小于铝合金基体的颗粒增强相。同时为在管材的外壁也得到增强相，这种密度明显小于铝合金基体的颗粒增强相必须原位生成。

目前制取非连续增强金属基复合材料的工艺方法主要有以下几种：

1.粉末金法：将基体金属粉末和增强体(颗粒或晶须)经过混合后，采用热压、热挤压或热等静压等方法成型，其工艺较复杂，成型性差，成本相对较高。

2.XD法：是把两种能够反应的元素通过混合、压实、烧结等过程加入到基体金属中，陶瓷增强相在烧结过程中形成，该工艺较为复杂，成本高。

3.挤压铸造法：首先把增强体做成一定形状的预制件，利用压力把液态金属浸渗到预制件中并凝固成型制取复合材料，该工艺要求颗粒与液态金属具有良好的润湿性，否则很难得到均匀无孔隙的复合材料。

4.通气原位自生法：在含有与C或N能够发生化学反应生成稳定陶瓷相的基体合金熔体中通入能够分解出碳的气体或N₂气，使两者反庆生成硬质增强体。该工艺虽然使用了原位反应的概念，但由于通入气体分解后产生较多的有害气体(尤其是H₂)，使复合材料的性能得不到保证，而且要求反应温度较高，为得到足够多的颗粒增强相耗时较多，因此生产成本较高。

总之，以上方法均不满足上述为在离心铸管内外壁同时分布耐磨颗粒的条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种颗粒增强铝基耐磨管材及其制备技术，其内外壁均具有很高的耐磨性，价格低廉，工艺上易于实现。

本发明提供了一种颗粒增强铝基耐磨管材，其特征在于：在铝基体中含有10～60％wt的自生Mg₂Si颗粒增强相，且Mg₂Si主要分布于管内壁和外壁区域。Mg₂Si含量最好为25～35％wt。

本发明还提供了上述颗粒增强铝基耐磨管材的制备，其特征在于：将含有自生Mg₂Si相颗粒的铝基复合材料进行离心铸造：

浇注温度：1023～1150 K

模具状态：水冷或空冷

模具转速：1000～2500转/分

其中自生Mg₂Si相颗粒的铝基复合材料由申请专利97119072.0所提供的方式依下述步骤制备：

--将基体合金Al加热熔化，过热度要求150～400 K；

--将Si加入熔体中，至全部熔化；

--将Mg加入熔体中，至全部熔化；

--加入韧化剂，韧化剂为Sr、Si、SiO₂、Ti、Ni中的一种或几种，加入量为

  熔体重的3～10％；

--保温3～15min以后，加入细化剂；

--保温20～45min以后，加入除气剂搅拌。