制备金属基体复合材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于制备金属基体复合材料的方法，所述方法包括：(a)形成金属盒，所述金属盒包括具有长度和宽度的底部成型板、具有长度和高度的第一对侧面成型板以及具有宽度和高度的第二对侧面成形板；(b)将金属粉末和陶瓷粉末混合以制备混合粉末；(c)用所述混合粉末填充所述金属盒；(d)在所述金属盒中将所述混合粉末压实以提供包括压实粉末预成型件的所述金属盒；(e)以与包括所述压实粉末预成型件的所述金属盒稳固邻接的方式将顶部成型板设置到所述金属盒上并且围绕其边缘密封以生成预轧制组件；以及(f)在所述预轧制组件上进行热加工以获得具有金属镀层的所述金属基体复合材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术描述了用于制备金属基体复合物的方法。在一个实施方案中，金属基体复合物用作中子屏蔽材料。
技术介绍
包括金属和陶瓷的金属基体复合(MMC)材料已经越来越多地在用于新燃料和废燃料的存储和运输的核工业中用作中子屏蔽材料。
技术实现思路
需要具有增大的最终密度和/或更高陶瓷含量的MMC制品，从而在至少一个实施方案中得到改善的性能。另外需要改善加工成本和/或降低制造成本。在一个方面，提供了用于制备金属基体复合材料的方法，该方法包括：(a)形成金属盒，该金属盒包括：具有长度和宽度的底部成型板、具有长度和高度的第一对侧面成型板以及具有宽度和高度的第二对侧面成型板；(b)将金属粉末和陶瓷粉末混合以制备混合粉末；(c)用混合粉末填充金属盒；(d)在金属盒中将混合粉末压实以提供包括压实粉末预成型件的金属盒；(e)以与包括压实粉末预成型件的金属盒稳固邻接的方式将顶部成型板设置到金属盒上并且围绕其边缘密封以生成预轧制组件；以及(f)在预轧制组件上进行热加工以获得具有金属镀层的金属基体复合材料。上述
技术实现思路
并非旨在描述每个实施方案。本专利技术的一个或多个实施方案的细节还在下面的说明书中给出。根据本说明书和权利要求书，其他特征、目标和优点将显而易见。附图说明在附图中：图1为预轧制组件10的透视图；图2为金属盒20的透视图，其示出了长度(l)、宽度(w)和高度(h)；图3为压实组件30的侧视图；并且图4为在(A)0TSI、(B)3TSI、和(C)7TSI下压实的金属基体复合材料的显微图。具体实施方式如本文所用，术语“一个(一种)”和“所述”可互换使用并意指一个或多个；并且“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。另外，本文中由端点表述的范围包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至10包括1.4、1.9、2.33、5.75、9.98等)。亦如文中所述，表述“至少一个”包括一及大于一的所有数字(例如，至少2、至少4、至少6、至少8、至少10、至少25、至少50、至少100等)。近年来，已经开发出了铝复合材料，不仅是因其强度和低密度，而且因需要高杨氏模量、耐磨性、热耗散、耐腐蚀性、低热膨胀以及中子吸收能力的其他用途。一般来讲，可通过增加具有所需功能的陶
瓷的量来增加每项功能，但仅仅增加量可导致可加工性、挤出能力、轧制能力、延展性和锻造能力大大降低。因此，已经设想出使陶瓷预成型、用铝熔体浸渍、随后将高浓度陶瓷均匀分散在基体相中的方法，但这带有由于熔体渗透不足和凝固过程中形成的收缩而出现的可能缺陷的缺点。另外，常常存在陶瓷在铝中的凝聚和分离。美国专利7,998,401(Okaniwa等人)公开了据说易于产生的增加MMC中的陶瓷含量的可供选择方法。Okaniwa等人公开了在金属薄片内对铝/陶瓷粉末混合物进行电压力烧结并且随后使该金属包覆材料经受塑性加工步骤。在本公开中，已发现通过压实包括金属粉末和陶瓷粉末的混合粉末，可实现高密度的粉末，同时将热成型期间的材料变形和铺展降到最低，从而得到例如具有增大的性能效率的材料。可通过参考图1来理解本公开。图1所示为预轧制组件10，该组件包括金属盒12、压实粉末预成型件15和顶部成型板18。随后轧制预轧制组件以形成被封入的金属基体复合物。金属盒金属盒包括5个金属侧面：底部成型板、第一对侧面成型板和第二对侧面成型板。金属盒可由五个单独的金属小片或更少个制成。例如，金属盒可通过2个金属小片成型：形成侧壁的单片以及底片。成型板由金属制成。只要金属在粘附力方面优于粉末材料并且适用于热轧制，所使用的金属就没有具体限制，此类金属包括：铝、镁和不锈钢。示例性金属包括例如纯铝(AA1100、AA1050、AA 1070等)；铝合金材料，诸如Al—Cu合金(AA2017等)、Al—Mg合金(AA5052
等)、Al—Mg—Si合金(AA6061等)、Al—Zn—Mg合金(AA7075等)和Al—Mn合金；镁合金材料，诸如Mg-Al-Zn-Mn(AZ31、AZ61等)；以及不锈钢合金材料，诸如Fe-Cr(SAE 304、316、316L等)。金属盒主要用作容器以将压实粉末如所加工的那样保持。所选金属应当参考期望的特性、成本等等来确定。例如，当希望改善可加工性和热耗散能力时，纯铝为优选的。与铝合金相比较，纯铝在核应用的污染控制和原材料成本方面也是优选的。当希望改善强度或可加工性时，Al—Mg合金(AA5052等)为优选的。金属粉末将包括金属粉末和陶瓷粉末的混合粉末容纳在金属盒内。通常，金属粉末为铝，然而可使用其他金属粉末，包括镁或不锈钢。金属粉末的示例性类型包括纯铝(具有至少99.0％纯度的铝粉末，例如AA1100、AA1050、AA1070等)，或包含铝以及0.2质量％至2质量％的另一金属的铝合金。此类合金包括：Al—Cu合金(AA2017等)、Al—Mg合金(AA5052等)、Al—Mg—Si合金(AA6061等)、Al—Zn—Mg合金(AA7075等)和Al—Mn合金，其单独地存在或作为两者或更多者的混合物存在。要选择的金属粉末的组成可参考例如期望的特性、耐腐蚀性、污染控制、热加工中的变形阻力、混合的陶瓷颗粒的量以及原料成本来确定。例如，当希望增加可加工性或热耗散时，纯铝粉末(诸如AA1XXX铝系列，其中X为编号)为优选的。与铝合金粉末的情况相比较，纯铝粉末在原材料成本方面也是有利的。作为纯铝粉末，优选的是使用具有至少99.0质量％的纯度(可商购获得的纯铝粉末通常具有至少99.7重量％的纯度)的纯铝粉末。当希望获得中子吸收能力时，使用硼化合物作为要在下面描述的陶瓷颗粒，但当希望进一步增加所得中子吸收能力时，优选的是向铝
粉末中添加1-50质量％的提供中子吸收能力的一种类型的元素，诸如饸(Hf)、钐(Sm)或钆(Gd)。另外，当需要高温强度时，可以添加选自钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、铜(Cu)、镍(Ni)、钼(Mo)、铌(nb)、锆(Zr)和锶(Sr)的至少一种元素，并且当需要室温强度时，可以添加选自硅(Si)、铜(Cu)、镁(Mg)和锌(Zn)的至少一种元素，每种元素按2质量％或更小的比例，并且总计为15质量％或更小的质量％添加。虽然金属粉末的平均粒度没有具体限制，但一般来讲金属粉末应当为至多约500μm(微米)、150μm或甚至60μm或更小。虽然只要可生产，平均粒度的下限就没有具体限制，但一般来讲粉末应当为至少1μm、5μm、10μm或甚至20μm。出于本公开的目的，平均粒度是指通过激光衍射粒度分布所测量的D50值。金属粉末的形状也没有限制，并且可为泪滴状、球形、椭圆形、片状或不规则中的任何一者。在本公开的一个实施方案中，金属粉末具有单峰粒度分布。在本公开的另一个实施方案中，金属粉末具有多峰粒度分布(例如，双峰、三峰等)。在一个实施方案中，金属粉末具有双峰分布，其中第一模式(包括较小颗粒)与第二模式(包括较大颗粒)的平均粒度的比率为至少1:2、1:3、1:5、1:7、1:11或甚至1:20。模式的宽度可为宽的或窄的。金属粉末的生产方法没有限制，并且可通过金属粉末生产的公共已知方法而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备金属基体复合材料的方法，所述方法包括：(a)形成金属盒，所述金属盒包括：具有长度和宽度的底部成型板、具有长度和高度的第一对侧面成型板以及具有宽度和高度的第二对侧面成型板；(b)将金属粉末和陶瓷粉末混合以制备混合粉末；(c)用所述混合粉末填充所述金属盒；(d)在所述金属盒中将所述混合粉末压实以提供包括压实粉末预成型件的所述金属盒；(e)以与包括所述压实粉末预成型件的所述金属盒稳固邻接的方式将顶部成型板设置到所述金属盒上并且围绕其边缘密封以生成预轧制组件；以及(f)在所述预轧制组件上进行热加工以获得具有金属镀层的所述金属基体复合材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.13 US 61/939,3571.一种用于制备金属基体复合材料的方法，所述方法包括：(a)形成金属盒，所述金属盒包括：具有长度和宽度的底部成型板、具有长度和高度的第一对侧面成型板以及具有宽度和高度的第二对侧面成型板；(b)将金属粉末和陶瓷粉末混合以制备混合粉末；(c)用所述混合粉末填充所述金属盒；(d)在所述金属盒中将所述混合粉末压实以提供包括压实粉末预成型件的所述金属盒；(e)以与包括所述压实粉末预成型件的所述金属盒稳固邻接的方式将顶部成型板设置到所述金属盒上并且围绕其边缘密封以生成预轧制组件；以及(f)在所述预轧制组件上进行热加工以获得具有金属镀层的所述金属基体复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述压实粉末预成型件具有至少0.65的密度比率。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用下列中的至少一者来实施所述压实步骤：固体压实、冷等静压和单轴冷压。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾蒂安·朗德里德希，吉纳维夫·贾森，穆罕默德·祖拜尔·纳瓦兹，
申请(专利权)人：赛瑞丹公司，
类型：发明
国别省市：美国;US