一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，涉及金属基复合材料制备领域。此方法采用将碳化硅颗粒在1100℃保温4h预处理，冷却后进行球磨，将基体材料铝合金在炉内加热至熔化，经过精炼处理、除气处理后在680℃

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及金属基复合材料
，具体涉及一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]陶瓷颗粒增强铝基复合材料具有密度低、比强度高、比刚度高、耐磨性好，热膨胀系数低、弹性模量高且导热性良好等优点，在军工领域被大量应用于航空、航天、船舶材料，在民用领域常用于车轮制动盘材料等，具有广阔的实际应用前景，是一种极具应用潜力的新型材料。
[0003]固态制造法和液态制造法是目前颗粒增强铝基复合材料的主要生产方式，固态制造法就是粉末冶金法固相烧结，液态制造法常见的是搅拌熔铸法、压力铸造法、原位自生成技术等。其中搅拌熔铸法工艺简单、生产成本低、适合大规模生产。在国际上普遍关注的、应用最多的是铝基复合材料，由于铝基材料具有重量轻、比强度高、比刚度高、热膨胀系数低，热稳定性和导热、导电性能良好，优良的耐磨耐腐蚀性能，决定了它作为复合材料的母体是最佳的选择。而且铝的储存量巨大，有较好的成型性及加工性便于加工和处理。因此使用铝基体作为制备和生产复合材料符合当今时代发展方向的趋势。
[0004]在液态搅拌法制备复合材料的过程中，由于碳化硅颗粒与铝合金基体润湿性差，这是导致制备出的复合材料中碳化硅颗粒极易团聚的原因，碳化硅颗粒与气体的润湿性好于与铝合金基体，故导致大量的气体吸附容易出现气孔偏多现象，这些因素严重影响复合材料的力学性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术中存在的缺陷和不足，解决在制备过程中碳化硅颗粒难加入、易团聚的问题，而提供一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，可以使碳化硅与铝基体之间有良好的润湿性，且碳化硅颗粒分布均匀，制备的复合材料力学性能优异。
[0006]为实现以上的目的，本专利技术提供一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料，其原料包括粒径在5μm
‑
20μm的工业碳化硅粉、铸造铝合金材料，所述碳化硅粉在所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料中的重量百分比为1%
‑
30%。
[0007]本专利技术还提供一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，按照以下步骤完成：（1）选用粒径范围在5μm
‑
20μm的工业碳化硅颗粒，用耐高温容器盛放置于高温箱式炉内，进行高温烘烤处理，设置加热温度为1100℃，保温时间4h
‑
6h，结束后取出空冷至室温，得到经过预处理的碳化硅粉末。
[0008]（2）将步骤（1）制得的碳化硅粉末置于行星式球磨机的球罐内，进行球磨，球磨时间30min
‑
60min，球磨后得到无结块、分散均匀的细粉。
[0009]（3）将步骤（2）球磨后的碳化硅粉末置于高温箱式炉内预热，温度为350℃
‑
450℃保温。
[0010]（4）将铸造铝合金放入坩埚并在电阻炉上加热至760℃
‑
790℃熔化。在720℃
‑
760℃，向铝液中加入0.4%
‑
0.8%铝磷变质剂进行变质处理。所述的铝合金为铸造铝合金，其中铝硅系合金最为常用，基体成分均按照国标（GB/T）及美标（ASTM）的相关规定执行但不仅限于此。
[0011]（5）在750℃
‑
790℃，采用喷粉精炼机处理铝合金熔体，精炼剂加入量1%
‑
3%，精炼时间15min
‑
30min。
[0012]（6）在760℃
‑
780℃，采用铝液旋转喷吹除气机处理熔体，时间20min
‑
40min。
[0013]（7）降温至680℃
‑
700℃保温，静置15min
‑
30min。
[0014]（8）将液态搅拌装置吊装至电阻炉上方，搅拌叶片部位用燃气火焰喷枪预热至500℃
‑
600℃。
[0015]（9）铝液温度控制在670℃
‑
690℃保温，将搅拌叶片伸入熔体开始搅拌，搅拌速度在700r/min
‑
900r/min。
[0016]（10）将步骤（3）预热好的碳化硅粉末加入自动加粉机内，保持匀速进料，加粉时间为15min
‑
30min。
[0017]（11）加粉完成后，提高搅拌速度达3000r/min
‑
5000r/min，搅拌时间5min
‑
15min。
[0018]（12）升温至720℃
‑
740℃，通入氩气除气，除气时间10min
‑
20min，扒渣，静置10min
‑
15min。
[0019]（13）将混有碳化硅颗粒的铝合金液浇注到金属模具中，凝固后去掉模具，得到碳化硅增强铝基合金复合材料。
[0020]综上所述，由于采用以上技术方案，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种碳化硅增强铝基复合材料的制备方法，是当前液态熔铸法制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料领域一种技术突破，具有工艺简单、操作方便、设备要求低、生产成本低、克服了传统液态搅拌法中存在的碳化硅颗粒难加入、易团聚的问题，容易实现大规模工业化生产。
[0021]优选的，步骤（3）制备的复合材料碳化硅重量百分比范围在1%
‑
30%，5μm
‑
10μm粒径的碳化硅选取1%
‑
15%，或14μm
‑
20μm粒径的碳化硅选取1%
‑
30%。
[0022]进一步的，所述液态搅拌装置，包括一个托盘，托盘上方通过电机支架安装有伺服电机，托盘上还安装有多个吊钩，托盘下方连接有多个连接板，连接板中部之间水平连接有盖子，连接板底部连接有上下两端开口的筒状罩子，罩子侧壁上开有多个孔；伺服电机的传动轴向下穿过托盘和盖子，传动轴位于罩子内的部分安装有多组叶片；叶片自上而下两两成对，每个叶片截面形状为直角梯形，其中叶片斜边角度为45
°
；成对的上下两级叶片反向相对装配，互为镜像。
[0023]本专利技术与现有技术相比，有以下优点：1、本专利技术通过对5μm
‑
20μm工业碳化硅粉末高温焙烧的方法，对碳化硅颗粒的表面进行氧化处理，可以在碳化硅表面生成一层二氧化硅薄层，它能够有效参与熔体内的界面反应并实现反应润湿，从而提高碳化硅与铝基体的润湿性，极大的改善了在液态搅拌过程中碳化硅颗粒难以加入熔体的问题。而且采用高温氧化法是目前碳化硅预处理方法中操作最简便、成本最少、难度最小的一种手段。
[0024]2、本专利技术提供的一个先进性技术是采用一种完全新型的搅拌叶片结构，如附图2所示，它具有如下优点：a上述叶片结构采用三角切面式结构设计，剪切力极大增强，在熔体搅拌时，液面可形成稳定的漩涡，这是碳化硅实现持续稳定加入熔体的最佳条件，从本质上改善了碳化硅加入困难而导致漂浮现象。传统的搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料，其原料包括粒径在5μm
‑
20μm的工业碳化硅粉、铸造铝合金材料，所述碳化硅粉在所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料中的重量百分比为1%
‑
30%。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料，其特征在于，所述5μm
‑
20μm的工业碳化硅粉属于α
‑
SiC，颜色为绿色或黑色。3.根据权利要求1所述的一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料，其特征在于，所述铸造铝合金材料为以铝硅系合金为主的铸造铝合金。4.一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将权利要求1
‑
3任一项所述的碳化硅粉置于高温箱式炉内加热，温度为1100℃保温4h
‑
6h后，取出空冷至室温，得到经过预处理的碳化硅粉末；（2）将步骤（1）制得的碳化硅粉末置于行星式球磨机的球罐内，进行球磨，球磨时间30min
‑
60min；（3）将步骤（2）球磨后的碳化硅粉末置于高温箱式炉内预热，温度为350℃
‑
450℃保温；（4）将权利要求1
‑
3任一项所述的铸造铝合金放入坩埚并在电阻炉上加热至760℃
‑
790℃熔化，在720℃
‑
760℃，向铝液中加入占复合材料总质量0.4%
‑
0.8%的铝磷变质剂进行变质处理；（5）在750℃
‑
790℃，采用喷粉精炼机处理铝合金熔体，加入占复合材料总质量1%
‑
3%的精炼剂，精炼时间15min
‑
30min；（6）在760℃
‑
780℃，采用铝液旋转喷吹除气机处理熔体，时间20min
‑
40min；（7）降温至680℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫国庆，林毛古，曹畅，朱文森，支红旗，柴海俊，范涛，刘志刚，
申请(专利权)人：山西瑞格金属新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：