[发明专利]陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种陶瓷颗粒增强的铝合金基体复合材料的制备方法。

陶瓷增强铝基复合材料由铝合金基体和陶瓷颗粒(氧化物、碳化物、氮化物)组成。其中陶瓷颗粒是人为地按一定的含量加入，在铝合金基体中均匀分布。颗粒增强铝基复合材料具有耐磨损性能好、比强度比刚度高、高温性能及尺寸稳定性好等特性，是深具潜力的结构和功能材料。目前，在制备颗粒增强铝基复合材料的工艺有很多种，如粉末冶金法、预制件浸渗法、搅拌法和喷射沉积法等，以搅拌法最简单、经济，是在机械搅拌铝合金熔体的同时，将颗粒加入并分散在铝合金熔体中。该方法中，由于颗粒表面存在氧化物、吸附气体、水分等污染物，铝合金熔体表面存在氧化膜，阻止了颗粒与熔体的真正接触，制备温度下颗粒与熔体间润湿性差，使得颗粒很难加入和分散。为改善二者的润湿性，一般采用的方法有：颗粒表面涂覆Ni、Cu等金属；在熔体中加入Li、Mg等表面活性元素；对颗粒表面进行有机溶剂清洗、高温烘烤、真空等离子轰击等处理，以净化其表面。例如中国专利申请CN1030445A公开了一种“金属基质复合材料”，是加入金属Mg助浸，并通入N₂气体以形成AlN改善陶瓷颗粒的浸润性。同时在现有技术中，搅拌法制备该颗粒增强铝基复合材料需要使用特殊的装置，在真空或惰性气体保护下才能完成，例如美国专利US4786467公开了一种“非金属粒子增强金属基复合材料的制备方法”是在真空下以剪切方式进行搅拌，使颗粒与金属液相互剪切作用，以增进润湿，该方法需要较好的高温动密封，在操作中不易实现。

本发明的目的旨在根据现有技术中存在的问题对其进行改进，得到一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法，在大气环境下完成，不需采用专用设备和真空保护，制造工艺简单。

为实现上述目的，本发明提出的技术解决方案为：

一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法，是将陶瓷颗粒置于铝液中进行搅拌，将陶瓷颗粒用氟酸盐助浸剂处理后，放在铝液底部，保温一段时间后进行平稳搅拌一定时间后，将铝液浇入铸型。

将用氟酸盐助浸剂处理过的陶瓷颗粒放在加热至铝合金熔炼温度的坩埚底部，从上面浇入熔化并精炼除气的铝液，或者放置所需重量的铝块并保温一段时间。

所述的助浸剂氟酸盐为K₂ZrF₆、K₂TiF₆、Na₃AlF₆、NaF、CaF2。

用氟酸盐助浸剂处理陶瓷颗粒的方法为：用所需浓度的氟酸盐如K₂ZrF₆、K₂TiF₆水溶液浸泡后烘干，或者将陶瓷颗粒与氟酸盐混合后烘干。

用K₂ZrF₆、K₂TiF₆水溶液浸泡陶瓷颗粒的方法为：在80～95℃下，浓度5～15％的溶液中浸泡5～15分钟。

助浸剂氟酸盐粉末与陶瓷颗粒的比例为1∶5～1∶1。

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述。

本发明使用氟酸盐作为助浸剂，氟酸盐是铝合金熔炼中常用的溶剂，能清除颗粒与铝熔体接触表面的Al₂O₃薄膜，促进铝液与陶瓷颗粒的润湿，起到助润作用。

下面以SiC颗粒为例介绍其预处理过程，使用的绿色SiC颗粒是由大块的SiC粉碎筛分得到的，其它的陶瓷颗粒与SiC颗粒类似。