一种50%Sip/6061Al复合材料制造技术

为了改善Al合金的硬度、耐磨性，研制了一种50%Sip/6061Al复合材料。采用气雾化6061Al合金粉、Si粉为原料，所制得的50%Sip/6061Al复合材料，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。其中，Si粉和6061Al合金粉末的球磨能够得到复合要求的50%Sip/6061Al复合粉体，Si颗粒镶嵌于6061Al合金基体中，并能够在复合粉体中均匀分布。断裂时Si相全部解理断裂，Sip/Al界面结合强度高。本发明专利技术能够为制备高性能的6061Al合金提供一种新的生产工艺。

A 50% Sip/6061Al Composite

In order to improve the hardness and wear resistance of Al alloy, a 50% Sip/6061Al composite was developed. The 50% Sip/6061Al composites were prepared from 6061Al alloy powder and Si powder by aerosol atomization. The hardness, densification degree and flexural strength of the composites were greatly improved. Among them, 50% Sip/6061Al composite powders with composite requirements can be obtained by ball milling of Si powder and 6061Al alloy powder. Si particles are embedded in 6061Al alloy matrix and can be evenly distributed in the composite powders. All the Si phases cleavage and fracture, and the bonding strength of Sip/Al interface is high. The invention can provide a new production process for preparing 6061Al alloy with high performance.

【技术实现步骤摘要】
一种50%Sip/6061Al复合材料所属
本专利技术涉及一种粉末冶金复合材料，尤其涉及一种50%Sip/6061Al复合材料。
技术介绍
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。6061铝合金是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其强度虽不能与2XXX系或7XXX系相比，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善Al合金的硬度、耐磨性，设计了一种50%Sip/6061Al复合材料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：50%Sip/6061Al复合材料的制备原料包括：平均粒度为35μm的气雾化6061Al合金粉，平均粒度为18μm的Si粉。50%Sip/6061Al复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球磨介质为直径20mm的硬质合金球，球磨时间为32h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，随后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1350℃，保温时间为90min。当炉内温度达到烧结温度后充入氩气进行低压处理以减少Ni的损失和降低孔隙率，低压压力为1MPa，保压90min。50%Sip/6061Al复合材料的检测步骤为：密度采用阿基米德排水法测定，抗弯强度采用C510型微机控制电子万能试验机测定，断口形貌采用S80型冷场发射扫描电镜观察，复合材料硬度采用HB30A型布氏硬度计测定，线热膨胀系数采用TM402型热机械分析仪测试，显微组织采用MR500大型金相显微镜和S80型冷场发射扫描电镜观察，元素分布采用Oxford型能谱仪分析，物相组成采用D250型X射线衍射仪测定。所述的50%Sip/6061Al复合材料，Si粉和6061Al合金粉末的球磨能够得到复合要求的50%Sip/6061Al复合粉体，其中，Si颗粒镶嵌于6061Al合金基体中，并能够在复合粉体中均匀分布。所述的50%Sip/6061Al复合材料，700℃下烧结制备的复合材料主要含Al和Si，并含有少量的Al2O3杂质。Si相在Al合金基体中分布均匀，界面清晰，部分Si颗粒相互连接形成较粗大的Si晶区，在Al合金基体中形成半连续的骨架。所述的50%Sip/6061Al复合材料，其断裂时Si相全部解理断裂，Sip/Al界面结合强度高。本专利技术的有益效果是：采用气雾化6061Al合金粉、Si粉为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的50%Sip/6061Al复合材料。其中，球磨得到复合要求尺寸的复合粉末是成功制备高性能复合材料的关键。所制得的50%Sip/6061Al复合材料，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本专利技术能够为制备高性能的6061Al合金提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：50%Sip/6061Al复合材料的制备原料包括：平均粒度为35μm的气雾化6061Al合金粉，平均粒度为18μm的Si粉。50%Sip/6061Al复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球磨介质为直径20mm的硬质合金球，球磨时间为32h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，随后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1350℃，保温时间为90min。当炉内温度达到烧结温度后充入氩气进行低压处理以减少Ni的损失和降低孔隙率，低压压力为1MPa，保压90min。50%Sip/6061Al复合材料的检测步骤为：密度采用阿基米德排水法测定，抗弯强度采用C510型微机控制电子万能试验机测定，断口形貌采用S80型冷场发射扫描电镜观察，复合材料硬度采用HB30A型布氏硬度计测定，线热膨胀系数采用TM402型热机械分析仪测试，显微组织采用MR500大型金相显微镜和S80型冷场发射扫描电镜观察，元素分布采用Oxford型能谱仪分析，物相组成采用D250型X射线衍射仪测定。实施案例2：气雾化6061Al合金粉颗粒呈球形或类球形，颗粒大小不均匀，尺寸约5-35μm，机械破碎Si粉颗粒呈不规则的多角形，颗粒尺寸不均匀，细小的Si颗粒甚至发生团聚，经24h球磨后，混合粉体中的Si颗粒大多嵌入Al合金颗粒中，实现6061Al合金粉、Si粉的混合。在球磨初期，Al颗粒经过大的塑性变形与冷焊，形成层片结构，刚性的Si颗粒不变形，发生破碎细化，镶嵌于层片结构的Al合金颗粒中，形成复合结构。随球磨的进行，Al合金片层因加工硬化而断裂细化，复合粉体颗粒的尺寸减小。实施案例3：6061Al合金粉体由单一的Al相构成，Si粉由单一的Si相构成，均未检测到杂质相。在复合粉体中，除了Al和Si相外，也未检测到如Al2O3、SiO2等杂质相。在球磨过程中，采用无水乙醇作为球磨介质，可防止6061Al合金粉和Si粉的氧化。实施案例4：复合材料中Al和Si相分布均匀，浅灰色Al合金相包裹在深灰色的Si相周围。烧结温度较低时，Si颗粒之间因初晶Si的相互连接而聚集成长条形，Si颗粒尺寸比烧结前明显增大，Al合金颗粒内部存在大量孔隙，Al合金烧结不完全。烧结温度升高至700℃时，大部分Si颗粒相互连接，形成半连续Si骨架，材料的孔隙率显著降低，致密化程度很高。当烧结温度继续升高时，形成连续的Si骨架，但在Si骨架与Al合金的界面处存在较多孔隙，材料的致密度降低。实施案例5：600℃烧结的复合材料结构疏松，沿Si/Al合金界面存在一些不规则形状的孔隙，Sip/Al界面润湿性差，结合强度低。基体Al合金中存在大量圆形的细小孔隙。烧结温度升高至720℃时，材料中的孔隙数量及尺寸均明显减小，Si相发生明显的解理断裂，断面较平整，Sip/Al界面结合状态明显改善。随烧结温度进一步升高，断面上孔隙增多，烧结致密化程度降低。实施案例6：Si颗粒在Al合金基体中均匀分布，在Al合金基体中形成半连续的骨架。Si性质脆、强度低、热膨胀系数低、热导率低，复合材料中形成的半连续Si骨架可有效抑制复合材料的热膨胀，降低材料的热膨胀系数，在一定程度上导致复合材料强度和热导率降低，但因6061Al合金具有较高的强度和热导率，且构成复合材料中连续的基体，复合材料具有较高的强度和热导率，获得良好的综合性能。复合材料中Al及Si相均近似连续分布，形成双连续相结构。材料中Mg和O的含量较低，主要聚集于Al合金基体中，特别是O元素在局部区域有富集现象，在O元素富集区可能形成Al2O3杂质。在6061Al合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.50%Sip/6061Al复合材料的制备原料包括：平均粒度为35μm的气雾化6061Al合金粉，平均粒度为18μm的Si粉。

【技术特征摘要】
1.50%Sip/6061Al复合材料的制备原料包括：平均粒度为35μm的气雾化6061Al合金粉，平均粒度为18μm的Si粉。2.根据权利要求1所述的50%Sip/6061Al复合材料，其特征是50%Sip/6061Al复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球磨介质为直径20mm的硬质合金球，球磨时间为32h，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加入成形剂进行制粒，将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，随后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1350℃，保温时间为90min，当炉内温度达到烧结温度后充入氩气进行低压处理以减少Ni的损失和降低孔隙率，低压压力为1MPa，保压90min。3.根据权利要求1所述的50%Sip/6061Al复合材料，其特征是50%Sip/6061Al复合材料的检测步骤为：密度采用阿基米德排水法测定，抗弯强度采用C510型微机控制电子万能试验机测定，断口形貌采用S...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明超，
申请(专利权)人：沈阳东青科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21