一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将钨粉在双锥混料机中进行预处理，得到预处理钨粉；(2)将预处理钨粉与铝粉按配比混合，使用双锥混料机混合均匀，得到复合粉体；(3)将复合粉体进行冷等静压成型，冷等静压压力为50MPa～200MPa，保压时间为10min～40min，得到冷等静压坯锭；(4)将冷等静压坯锭装在铝包套中，使用热等静压烧结的方法成型，得到热等静压态钨颗粒增强铝基复合材料；(5)将得到的热等静压态钨颗粒增强铝基复合材料置于耐高压快速升温试验台中进行真空等温锻压热变形处理。采用本发明专利技术的方法制备的复合材料具有致密度高、增强相分布均匀、综合力学性能好等优点。

Preparation of a High Volume Fraction Tungsten Particle Reinforced Aluminum Matrix Composite

The invention discloses a preparation method of high volume fraction tungsten particle reinforced aluminium matrix composites, which comprises the following steps: (1) pretreatment of tungsten powder in a double-cone mixer to obtain pre-treated tungsten powder; (2) mixing pre-treated tungsten powder and aluminium powder in proportion, mixing evenly with a double-cone mixer to obtain composite powder; (3) cold isostatic pressing forming of composite powder, and cold isostatic pressing. Isostatic pressing pressure is 50 MPa to 200 MPa, holding time is 10 min to 40 min, cold isostatic pressing ingot is obtained; (4) cold isostatic pressing ingot is packed in aluminium envelope, and hot isostatic pressing sintering method is used to form hot isostatic pressing tungsten particle reinforced aluminium matrix composites; (5) hot isostatic pressing tungsten particle reinforced aluminium matrix composites are put into high-pressure rapid heating test bench for true. Hot deformation treatment of air isothermal forging. The composite material prepared by the method of the invention has the advantages of high density, uniform distribution of reinforcing phase and good comprehensive mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，属于颗粒增强铝基复合材料制备

技术介绍
颗粒增强铝基复合材料一般具有比强度高、比模量高、抗疲劳、抗高温蠕变、耐热、耐磨性好、导热率高、膨胀系数低、成分可调节、密度低等优点，在航空、航天、陆上交通和电子信息等领域有着广泛的应用。如SiC/Al复合材料已经在直升机旋翼、电子光学设备支架和外壳、汽车活塞和刹车片等领域获得应用。电子封装等材料，例如B4C/Al复合材料用于核燃料存储隔架，金刚石/Al复合材料用于热管理材料等。高体积分数铝基复合材料主要利用增强相自身的特点，满足高端设备的特种应用。如30～70vol％SiC/Al复合材料具有高导热和低热膨胀的优点，在电子封装领域获得应用；硼具有较高的热中子吸收截面，因此30～75vol％B4C/Al复合材料用于核电站屏蔽及乏燃料存储格架；金刚石具有极高的热导率，因此40～70vol％金刚石/Al复合材料在热管理领域也具有广泛应用。专利文献CN104946911B采用压力浸渗的方法制备了B4C/Al复合材料，专利文献CN107177746A采用氩气保护真空烧结的方法制备了SiCp/Al合金复合材料，专利文献CN105401001B采用粉末混合-热等静压成型的方法制备了W/Al复合材料增强相体积分数均可以达到50％以上。随着增强相体积分数的增加，复合材料的塑性变差，特别是高体积分数铝基复合材料，塑性一般低于2％，韧性也较差，极大的限制了复合材料的设计、加工及应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有高体积分数颗粒增强铝基复合材料塑性差的缺点，提供一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，该方法制备的复合材料具有致密度高、增强相分布均匀、综合力学性能好等优点。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，该钨颗粒增强铝基复合材料中钨颗粒的体积含量为30％～50％，其余为纯铝基体，该方法包括以下步骤：(1)将钨粉放置于双锥混料机中，磨球与粉料重量比为1∶1，以乙醇为混料介质混料10小时，真空干燥10小时得到预处理钨粉；(2)将预处理钨粉与铝粉按照30％～50％钨粉、70～50％铝粉的体积配比混合，使用双锥混料机在氩气保护的条件下将粉末混合均匀，磨球与粉料重量比为1∶1，混合时间为10～24小时，得到复合粉体；(3)将复合粉体进行冷等静压成型，得到冷等静压坯锭；(4)将冷等静压坯锭装在预先制好的铝包套中，在400℃、真空度低于1×10-3Pa的条件下封口，使用热等静压烧结的方法，在温度为500～550℃，压力为100～200MPa的条件下保温2小时并随炉冷却实现复合材料的成型，使用车床车掉表面铝皮得到热等静压态钨颗粒增强铝基复合材料；(5)将得到的热等静压态钨颗粒增强铝基复合材料置于耐高压快速升温试验台中，在炉内真空度≤1×10-2Pa的条件下以8℃/min的升温速率升温至550℃，保温2小时后，在550℃的条件下，以70MPa～200MPa的压力锻压坯料使其以0.001s-1～0.01s-1的应变速率墩粗变形，变形量为20～50％；锻后样品随炉冷却至室温。优选地，所述步骤(3)中，冷等静压成型时采用橡胶包套将液压介质与复合粉末隔离，冷等静压压力为50MPa～200MPa，保压时间为10min～40min。优选地，所述步骤(4)中，升温速率不高于10℃/min。优选地，所述钨粉纯度大于99％，粒径(D50)为7～8μm。优选地，所述铝粉的纯度大于99.5％，粒径(D50)为7～8μm。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过粉末粒径优化、粉末表面处理以及真空等温锻压工艺，显著提高了高体积分数铝基复合材料的延伸率等综合力学性能，拓展了高体积分数铝基复合材料的应用范围。具体地，本专利技术通过对基体和增强相粉末粒径的优化配比，降低基体和增强相粉末的粒度差异，保证等静压态样品宏观和微观增强相分布均匀性，提高了热等静压态铝基复合材料的热变形能力；对钨粉实施分散预处理，使钨粉由团聚的链状变成单分散的颗粒状，提高了钨粉的烧结活性以及在复合材料内部的分散均匀性；复合材料通过真空等温锻压热变形处理，大幅度提高了铝基复合材料的延伸率。通过本专利技术制备的高体积分数W/Al复合材料致密度大于99.5％，室温抗拉强度大于220MPa，屈服强度大于140MPa，延伸率5～8％，室温冲击韧性大于4.5j·cm-2，是一种综合性能优异的复合材料，具有较大应用潜力。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料截面扫描电镜显微组织照片。图2是本专利技术实施例1制备的高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料断口扫描电镜显微组织照片。具体实施方式下面结合附图及具体实施例详细介绍本专利技术。但以下的实施例仅限于解释本专利技术，本专利技术的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于以下实施例。实施例1本实施例中钨颗粒增强铝基复合材料按照质量百分比85％钨和15％纯铝基体组成(体积百分比为45％钨和55％纯铝基体)，钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法是按下述步骤进行的：称取粒径(D50)为7～8μm钨粉8.5kg，不锈钢磨球与钨粉质量比为1∶1，乙醇为混料介质使用双锥混料机混料10小时，真空干燥10小时后得到预分散处理钨粉；预分散处理的钨粉8.5kg与粒径(D50)为7～8μm纯铝粉1.5kg混合，使用双锥混料机在氩气保护的条件下混合10小时获得复合粉末。采用橡胶包套将液压介质(抗磨液压油)与复合粉末隔离，在压力为100MPa，保压时间为25min的冷等静压条件下，实现复合粉末的预成型。冷压坯锭放置在预先制好的铝包套中，在400℃，真空度低于1×10-3Pa的条件下封口，其中除气时间不小于10小时。以10℃/min的升温速率升温至550℃，在压力为200MPa的热等静压条件下保温2小时。随炉冷却至室温，车掉表面铝皮即得到热等静压态高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料。将热等静压态高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料置于耐高压快速升温试验台中，在炉内真空度≤1×10-2Pa的条件下以8℃/min的升温速率升温至550℃，并保温2小时。在550℃的条件下，以70MPa～200MPa的压力锻压坯料使其以0.001s-1～0.01s-1的应变速率墩粗变形，变形量为27％，锻后样品随炉冷却至室温。得到的45vol％W/Al复合材料致密度为99.6％，复合材料的截面显微组织参见图1，断口截面显微组织参见图2，可见复合材料组织致密，增强相分布均匀，复合材料室温抗拉强度为256MPa，屈服强度为169MPa，延伸率为5％，冲击韧性为4.5j·cm-2。实施例2本实施例与实施例1不同点在于：真空等温锻压变形量为36％。得到的45vol％W/Al复合材料致密度为99.8％，复合材料室温抗拉强度为250MPa，屈服强度为179MPa，延伸率为6％，冲击韧性为4.9j·cm-2。实施例3本实施例与实施例1的不同点在于：钨粉质量为7.95kg，纯铝粉质量为2.05kg，真空等温锻压变形量为26％。得到的35vol％W/Al复合材料致密度为99.9％，复合材料室温抗拉强度为224MPa，屈服强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，该钨颗粒增强铝基复合材料中钨颗粒的体积含量为30％～50％，其余为纯铝基体，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将钨粉放置于双锥混料机中，磨球与粉料重量比为1∶1，以乙醇为混料介质混料10小时，真空干燥10小时得到预处理钨粉；(2)将预处理钨粉与铝粉按照30％～50％钨粉、70～50％铝粉的体积配比混合，使用双锥混料机在氩气保护的条件下将粉末混合均匀，磨球与粉料重量比为1∶1，混合时间为10～24小时，得到复合粉体；(3)将复合粉体进行冷等静压成型，得到冷等静压坯锭；(4)将冷等静压坯锭装在预先制好的铝包套中，在400℃、真空度低于1×10

【技术特征摘要】
1.一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，该钨颗粒增强铝基复合材料中钨颗粒的体积含量为30％～50％，其余为纯铝基体，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将钨粉放置于双锥混料机中，磨球与粉料重量比为1∶1，以乙醇为混料介质混料10小时，真空干燥10小时得到预处理钨粉；(2)将预处理钨粉与铝粉按照30％～50％钨粉、70～50％铝粉的体积配比混合，使用双锥混料机在氩气保护的条件下将粉末混合均匀，磨球与粉料重量比为1∶1，混合时间为10～24小时，得到复合粉体；(3)将复合粉体进行冷等静压成型，得到冷等静压坯锭；(4)将冷等静压坯锭装在预先制好的铝包套中，在400℃、真空度低于1×10-3Pa的条件下封口，使用热等静压烧结的方法，在温度为500～550℃，压力为100～200MPa的条件下保温2小时并随炉冷却实现复合材料的成型，使用车床车掉表面铝皮得到热等静压态钨颗粒增强铝基复合材料；(5)将得到的热等静压态钨颗粒增强铝基复合材料置于耐高压快速升温...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，梁秋实，马书旺，杨剑，杨志民，毛昌辉，刘坤，吕政，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11