利用回收的SiCp/Al复合材料制备团簇型铝基复合材料的方法技术

一种利用回收的SiCp/Al复合材料制备团簇型铝基复合材料的方法，涉及一种团簇型铝基复合材料的制备方法。目的是解决现有方法制备的SiCp/Al复合材料塑性韧性差和SiCp/Al复合材料的回收利用难度大的问题。方法：一、复合材料废料清洗、烘干和分筛；二、复合材料粉末球磨；三、预制体冷压制备；四、模具预热和铝金属熔融；五、液态铝浸渗。有益效果：本发明专利技术制备的复合材料为团簇型复合材料，致密度高，拉强度以及塑性好，成本低，工艺难度低，易于实现材料的微观组织设计；本发明专利技术适用于制备团簇型铝基复合材料。

【技术实现步骤摘要】
利用回收的SiCp/Al复合材料制备团簇型铝基复合材料的方法
本专利技术涉及一种团簇型铝基复合材料的制备方法。
技术介绍
SiCp/Al复合材料因其具有比刚/强度高、热膨胀系数小，耐磨、耐热性能好及优良的尺寸稳定性等优点，在汽车、电子、航空航天等领域有着广阔的应用价值，随着SiCp/Al复合材料的制备技术和加工技术的日益成熟，SiCp/Al复合材料的应用越来越广泛。但由于SiCp/Al复合材料中基体和增强体的力学性能差异较大，且SiCp的表面往往存在较多尖角，导致了SiCp/Al复合材料在受载荷时，在SiCp表面往往会产生较大的应力集中，导致了复合材料的塑性韧性差，这在中/高体积分数(>30vol.％)的复合材料中表现的尤为突出(延伸率<0.2％)，从而极大的限制了SiCp/Al复合材料的应用范围。现有的SiCp/Al复合材料具备回收价值，目前，回收利用金属基复合材料的方法主要分为熔铸法、熔融盐处理法和热压成型法等，对于可重熔再生的复合材料，通常采用熔铸法，熔铸法是将待回收复合材料经高温熔化后，直接浇铸成制品的方法，对于不可重熔再生的复合材料，通常采用熔融盐处理法，熔融盐处理法是利用熔融盐来除去复合材料中的增强体来回收基体合金的方法，采用熔融混合盐与金属基复合材料废料熔体直接进行反应，成功回收基体合金。对于熔铸法和熔融盐处理法两种方法而言，由于增强体颗粒往往会与液态的基体合金发生再次反应，在增强体和基体的结合处形成额外的界面产物，相当于在材料中引入了脆性的杂质，导致抗拉强度和塑性均有下降。热压成型法是将待复合材料先加工成细小颗粒，再通过冷压加工成预制块，最后将预制块进行热烧结得到成品复合材料，热压成型法可以有效的控制界面产物的生成，但由于热压成型会产生烧结颈和闭孔隙，导致复合材料中的孔隙等缺陷较多，而且在后续的加工过程中也不易消除，这就大大影响了复合材料的致密度和力学性能；热压成型法得到的体积分数在20～30vol.％的复合材料致密度一般为95～98％左右，因此SiCp/Al复合材料的回收利用存在一定的难度。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有方法制备的SiCp/Al复合材料塑性韧性差和SiCp/Al复合材料的回收利用难度大的问题，提出一种利用回收的SiCp/Al复合材料制备团簇型铝基复合材料的方法。本专利技术利用回收的SiCp/Al复合材料制备团簇型铝基复合材料的方法按以下步骤进行：一、复合材料废料的预处理：对复合材料废料进行破碎处理得到复合材料废料颗粒，使用表面去污剂对复合材料废料颗粒进行超声清洗，再使用酒精对复合材料废料颗粒进行超声清洗，然后将清洗后的复合材料废料颗粒送入烘干箱进行烘干处理，烘干处理后利用机械分筛得到复合材料废料粉末；所述复合材料废料为SiCp/Al复合材料的废料，其中SiCp/Al复合材料中SiCp的体积分数在30～70vol.％；所述使用表面去污剂和酒精进行超声清洗时的超声波功率为200～400W，超声清洗时间为1～10min；其中，超声清洗的目的是去除复合材料废料表面粘附的乳化剂、机油等杂质和污垢；所述烘干温度为50～110℃，烘干时间为3～8h；所述去污剂为铝合金清洗剂；所述复合材料废料粉末的粒径为300～700μm；二、复合材料粉末球磨：将步骤一中得到的复合材料废料粉末置于球磨罐当中，向球磨罐中加入直径为2mm～6mm的氧化铝球并进行球磨，得到球磨后的复合材料粉末；所述进行球磨时球磨转速为100～200r/min，球磨时间为16～48h，球料比为(5～8):1；所述球磨后的复合材料粉末平均粒径在100～300μm；三、预制体制备：将步骤二所得的球磨后的复合材料粉末装入模具中进行冷压处理，得到复合材料预制体；所述冷压处理的工艺为：以0.1～3mm/min的加压速度加压至0.1～0.5MPa并保压10～60s；四、模具预热：将步骤三所得的复合材料预制体与模具一起放入加热炉内，在保护气氛下将复合材料预制体加热到370～430℃并保温2～10h，得到预热的SiCp/Al复合材料预制体；称取质量为复合材料预制体质量1.5倍的铝金属，并在保护气氛下将铝金属加热至熔点以上150～250℃，得到熔融的铝金属；所述保护气氛为氮气、氩气或氦气；所述铝金属的成分与SiCp/Al复合材料中的基体铝合金成分相同；五、液态铝浸渗：将步骤四得到的装有预热的复合材料预制体的模具置于压力机台面上，将步骤四得到的熔融的铝金属浇筑在预热的复合材料预制体的上表面，然后进行压力浸渗处理，当熔融的铝金属完全浸渗到预热的复合材料预制体中后，以20～40℃/min的速度冷却至室温，最后脱模，得到团簇型团簇型铝基复合材料铸锭；所述压力浸渗处理时施加的压力为50～100MPa，浸渗的速度为1～5mm/s。本专利技术的原理及有益效果为：1、本专利技术提供了一种SiCp/Al复合材料的回收方法；本专利技术方法与熔铸法和熔融盐处理法相比，不影响SiCp增强体与基体间的界面结合；与热压成型法相比，制备的复合材料致密度更高，且更容易实现材料的微观结构设计，使得复合材料的力学性能存在进一步的提升空间，为SiCp/Al复合材料回收提供了一种新的解决方法；本专利技术成功制备出团簇型铝基复合材料，其微观组织结构为：SiCp/Al颗粒被连续的铝金属所包覆，SiCp增强体的体积分数调整可以通过调节冷压时的压力及保压时间实现；冷压处理的压力为0.1～0.5MPa时，能够得到含有20～30vol.％的SiCp增强体的团簇型铝基复合材料；其中，SiCp/Al颗粒的尺寸调整可以通过调节球磨工艺来实现，并且中球磨能将复合材料废料进行进一步破碎；继续细化复合材料废料颗粒，细化后可以更好的实现复合材料内部的应力匹配，同时可以消除大颗粒中存在的裂纹，从而获得更好的抗拉强度以及塑性，降低了SiCp/Al复合材料的回收利用难度；本专利技术制备的团簇型铝基复合材料中，SiCp增强体的体积分数为30.vol％时且SiCp/Al颗粒的平均粒径为300μm时，团簇型铝基复合材料的抗拉强度达480MPa，伸长率达0.4％；SiCp增强体的体积分数为20.vol％时且SiCp/Al颗粒的平均粒径为100μm时，团簇型铝基复合材料的伸长率达0.6％，抗拉强度达510MPa。而直接采用SiCp陶瓷颗粒作为增强体的SiCp/Al复合材料的抗拉强度仅为420MPa，延伸率仅为0.1％左右；本专利技术制备的团簇型铝基复合材料的密度为2.89～2.92g/cm3；2、本专利技术提供了一种制备团簇型复合材料的方法，实现了复合材料的微观组织设计，在使用复合材料加工废料作为原料的情况下，成功提高了颗粒增强复合材料的塑性韧性，降低了金属基复合材料对于原材料的要求，因此复合材料原料成本低；3、本专利技术采用压力浸渗作为材料复合方法，制备的复合材料无金属夹层缺陷；与直接采用陶瓷颗粒作为增强体并采用压力浸渗法制备复合材料相比，熔融的铝金属的制备温度从铝合金的熔点以上250～350℃降低至铝合金熔点以上150～250℃，降低了约为15％，浸渗时的压力降低了约20％；4、本专利技术方法浸渗时，SiCp/Al颗粒与基体合金易于润湿，所需温度和压强均较低，从而降低了SiCp/Al复合材料的回收利用难度，制得的复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用回收的SiCp/Al复合材料制备团簇型铝基复合材料的方法，其特征在于：该方法按以下步骤进行：一、复合材料废料的预处理：对复合材料废料进行破碎处理得到复合材料废料颗粒，使用表面去污剂对复合材料废料颗粒进行超声清洗，再使用酒精对复合材料废料颗粒进行超声清洗，然后将清洗后的复合材料废料颗粒送入烘干箱进行烘干处理，烘干处理后利用机械分筛得到复合材料废料粉末；所述复合材料废料为SiCp/Al复合材料的废料，其中SiCp/Al复合材料中SiCp的体积分数在30～70vol.％；所述复合材料废料粉末的粒径为300μm～700μm；二、复合材料粉末球磨：将步骤一中得到的复合材料废料粉末置于球磨罐当中，向球磨罐中加入直径为2mm～6mm的氧化铝球并进行球磨，得到球磨后的复合材料粉末；所述球磨后的复合材料粉末平均粒径在100μm～300μm；三、预制体制备：将步骤二所得的球磨后的复合材料粉末装入模具中进行冷压处理，得到复合材料预制体；四、模具预热：将步骤三所得的复合材料预制体与模具一起放入加热炉内，在保护气氛下将复合材料预制体加热到370～430℃并保温2～10h，得到预热的SiCp/Al复合材料预制体；称取质量为复合材料预制体质量1.5倍的铝金属，并在保护气氛下将铝金属加热至熔点以上150～250℃，得到熔融的铝金属；所述铝金属的成分与SiCp/Al复合材料中的基体铝合金成分相同；五、液态铝浸渗：将步骤四得到的装有预热的复合材料预制体的模具置于压力机台面上，将步骤四得到的熔融的铝金属浇筑在预热的复合材料预制体的上表面，然后进行压力浸渗处理，当熔融的铝金属完全浸渗到预热的复合材料预制体中后，以20～40℃/min的速度冷却至室温，最后脱模，得到团簇型铝基复合材料铸锭。...

【技术特征摘要】
1.一种利用回收的SiCp/Al复合材料制备团簇型铝基复合材料的方法，其特征在于：该方法按以下步骤进行：一、复合材料废料的预处理：对复合材料废料进行破碎处理得到复合材料废料颗粒，使用表面去污剂对复合材料废料颗粒进行超声清洗，再使用酒精对复合材料废料颗粒进行超声清洗，然后将清洗后的复合材料废料颗粒送入烘干箱进行烘干处理，烘干处理后利用机械分筛得到复合材料废料粉末；所述复合材料废料为SiCp/Al复合材料的废料，其中SiCp/Al复合材料中SiCp的体积分数在30～70vol.％；所述复合材料废料粉末的粒径为300μm～700μm；二、复合材料粉末球磨：将步骤一中得到的复合材料废料粉末置于球磨罐当中，向球磨罐中加入直径为2mm～6mm的氧化铝球并进行球磨，得到球磨后的复合材料粉末；所述球磨后的复合材料粉末平均粒径在100μm～300μm；三、预制体制备：将步骤二所得的球磨后的复合材料粉末装入模具中进行冷压处理，得到复合材料预制体；四、模具预热：将步骤三所得的复合材料预制体与模具一起放入加热炉内，在保护气氛下将复合材料预制体加热到370～430℃并保温2～10h，得到预热的SiCp/Al复合材料预制体；称取质量为复合材料预制体质量1.5倍的铝金属，并在保护气氛下将铝金属加热至熔点以上150～250℃，得到熔融的铝金属；所述铝金属的成分与SiCp/Al复合材料中的基体铝合金成分相同；五、液态铝浸渗：将步骤四得到的装有预热的复合材料预制体的模具置于压力机台面上，将步骤四得到的熔融的铝金属浇筑在预热的复合材料预制体的上表面，然后进行压力浸渗处理，当熔融的铝金属完全浸渗到预热的复合材料预制体中后，以20～40℃/min的速度冷却至室温，最后脱模，得到团簇型铝基复合材料铸锭。2.根据权利要求1所述的利用回收的SiCp/Al复合材料制备团簇型铝基复合材料的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：武高辉，谭鑫，杨文澍，周畅，池海涛，于真鹤，邵浦真，姜龙涛，陈国钦，张强，康鹏超，修子扬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23