一种恒温时效尺寸变化稳定的SiCp-Al复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及复合材料领域，更具体的说是一种恒温时效尺寸变化稳定的SiCp

【技术实现步骤摘要】
一种恒温时效尺寸变化稳定的SiCp
‑
Al复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料领域，更具体地说是一种恒温时效尺寸变化稳定的SiCp
‑
Al复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]尺寸稳定性是指在长期贮存，如几年或者十几年，服役在恒温、温度循环、振动、冲击、辐照等环境下，材料或零件保持其原始尺寸和形状不变的能力，尺寸稳定性是材料的一种基本属性，随着机械仪表设备“精密化”的发展才逐渐被人们所了解与重视；
[0003]经过研究人员长期的探索与实验，已有人制备出了一种具有高尺寸稳定性的Al
‑
Cu
‑
Mg
‑
Si合金。但根据应用环境对材料力学性能的要求不同，以及SiCp/Al复合材料优秀的各向同性力学性能、高强度、高比刚度、高热导率性能，导致航空航天领域对铝基复合材料的需求急剧增高，SiCp/Al复合材料的尺寸稳定性问题也亟需解决；
[0004]强化颗粒SiCp的加入会对材料的恒温时效尺寸稳定带来很大的影响；
[0005]SiCp/Al的复合材料中，由于颗粒的比表面积大，增强体与基体之间存在大量界面；铝合金为基体时，界面上可能出现氧化物、元素富集等现象；有研究表明SiCp增强铝基(2系，6系，7系)复合材料中都存在合金元素在界面上的富集现象，偏聚最严重的为Mg元素，且与SiCp表面的氧化物SiO2作用形成MgAl2O4，导致溶质元素在颗粒表面偏聚从而基体内溶质元素减少，进而影响基体中析出相析出的种类和含量，进一步影响SiCp/Al复合材料恒温时效尺寸稳定性；同时，不同的SiCp晶粒尺寸和体积分数，也会对SiCp/Al复合材料恒温时效尺寸带来不同的影响；
[0006]铝基复合材料的基体合金元素主要为Cu和Mg元素时，基体内的析出相主要为S
′
相(Al2CuMg)和θ
′
相(Al2Cu)，两种析出相的密度均高于基体合金密度，均会引起复合材料体积减小。
[0007]例如专利CN202010397816.8提到一种高尺寸稳定性的Al
‑
Cu
‑
Mg
‑
Si合金，而当加入SiCp后，如SiCp/2024Al时效过程中尺寸变化率为3.5
×
10
‑4，相当于10mm长度的圆柱材料尺寸增加3.5μm。为得到基体为Al
‑
Cu
‑
Mg合金的复合材料的恒温时效的高尺寸稳定性，通过增加可以使材料尺寸减小的S
’
和θ
’
相的含量，来调控SiCp/Al的恒温时效尺寸变化。因元素在界面偏聚带来的基体合金成分的变化可以通过增加溶质元素的质量分数来进行调控。
[0008]因此，研究新型的SiCp/Al(SiCp颗粒为5μm，体积分数小于55％)复合材料，考虑增强体的体积分数、增强体与基体界面上溶质元素偏聚以及基体内析出相的种类与含量问题，通过对合金成分进行精确调控，对成分精细化设计，控制合金析出相的种类和数量，得到一种恒温时效过程中具有高尺寸稳定性的SiCp/Al(SiCp颗粒为5μm，体积分数小于55％)复合材料，这类新铝基复合材料解决了长期恒温贮存和应用下材料的尺寸变化问题，在惯性仪表等精密器件上具有重要工程应用价值。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种恒温时效尺寸变化稳定的SiCp
‑
Al复合材料及其制备方法，可以解决现有技术中的SiCp
‑
Al复合材料恒温时效过程中尺寸变化稳定性差的问题，解决了不同SiCp的体积分数、SiCp与基体界面上溶质元素偏聚和反应导致基体内析出相的种类与含量变化问题。
[0010]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
[0011]一种恒温时效尺寸变化稳定的SiCp
‑
Al复合材料，该复合材料中元素的质量百分比为：Cu：4.5％～8.1％，Mg：2％～3.8％，Si：0～0.7％，Al为余量；
[0012]SiCp的体积分数V与Mg的质量分数m
Mg
满足关系式：m
Mg
＝2+(0.028～0.032)V，Cu和Mg质量比K1满足：2.22<K1<2.40，Mg和Si的质量比K2满足：5<K2<10.5，杂质总质量含量≤0.1％。
[0013]一种恒温时效尺寸变化稳定的SiCp
‑
Al复合材料制备方法，该方法包括以下步骤：
[0014]S1：压制SiCp预制体并预热，按照复合材料基体合金中元素的质量百分比称取纯金属或铝合金作为基体合金原料；
[0015]S2：对基体合金原料进行熔炼，得到基体合金熔液；
[0016]S3：基体合金熔液浸渗到压制好的SiCp预制体中，得到SiCp
‑
Al复合材料；
[0017]S4：SiCp
‑
Al复合材料进行热处理；
[0018]所述S1中称取基体合金原料的质量百分比为：Cu：4.5％～8.1％，Mg：2％～3.8％，Si：0～0.7％，Al为余量；
[0019]SiCp的体积分数V与Mg的质量分数m
Mg
满足关系式：m
Mg
＝2+(0.028～0.032)V，Cu和Mg质量比K1满足：2.22<K1<2.40，Mg和Si的质量比K2满足：5<K2<10.5，杂质总质量含量≤0.1％；
[0020]所述Al由纯Al、Al
‑
Cu
‑
Mg合金、Al
‑
Mg
‑
Si合金中的一种或几种作为原料提供；Cu由纯Cu、Al
‑
Cu
‑
Mg合金、Al
‑
Cu合金中的一种或几种作为原料提供；Mg由纯Mg、Al
‑
Cu
‑
Mg合金、Al
‑
Mg合金中的一种或几种作为原料提供；Si由纯Si、Al
‑
Mg
‑
Si合金、Al
‑
Si合金中的一种或几种作为原料提供；
[0021]所述压制SiCp预制体包括以下步骤：
[0022]S11：筛选5μm的SiCp颗粒；
[0023]S12:根据不同的SiCp体积分数计算SiCp预制体在SiCp
‑
Al复合材料中的体积，SiCp体积分数小于55％，根据计算将SiCp颗粒压制在模具中，形成SiCp预制体；
[0024]V＞30％时，按照预定的复合材料体积乘SiCp的体积分数和密度，得到称量的SiCp质量，然后将称量的SiCp压制在模具中，得到预制体，加压速度为0.1mm/min～3mm/m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种恒温时效尺寸变化稳定的SiCp
‑
Al复合材料，其特征在于：该复合材料中元素的质量百分比为：Cu：4.5％～8.1％，Mg：2％～3.8％，Si：0～0.7％，Al为余量。2.根据权利要求1所述的一种恒温时效尺寸变化稳定的SiCp
‑
Al复合材料，其特征在于：SiCp的体积分数V与Mg的质量分数m
Mg
满足关系式：m
Mg
＝2+(0.028～0.032)V，Cu和Mg质量比K1满足：2.22<K1<2.40，Mg和Si的质量比K2满足：5<K2<10.5，杂质总质量含量≤0.1％。3.一种恒温时效尺寸变化稳定的SiCp
‑
Al复合材料制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：压制SiCp预制体并预热，按照复合材料基体合金中元素的质量百分比称取纯金属或铝合金作为基体合金原料；S2：对基体合金原料进行熔炼，得到基体合金熔液；S3：基体合金熔液浸渗到压制好的SiCp预制体中，得到SiCp
‑
Al复合材料；S4：SiCp
‑
Al复合材料进行热处理。4.根据权利要求3所述的一种恒温时效尺寸变化稳定的SiCp
‑
Al复合材料制备方法，其特征在于：所述S1中称取基体合金原料的质量百分比为：Cu：4.5％～8.1％，Mg：2％～3.8％，Si：0～0.7％，Al为余量。5.根据权利要求4所述的一种恒温时效尺寸变化稳定的SiCp
‑
Al复合材料制备方法，其特征在于：SiCp的体积分数V与Mg的质量分数m
Mg
满足关系式：m
Mg
＝2+(0.028～0.032)V，Cu和Mg质量比K1满足：2.22<K1<2.40，Mg和Si的质量比K2满足：5<K2<10.5，杂质总质量含量≤0.1％。6.根据权利要求4所述的一种恒温时效尺寸变化稳定的SiCp
‑
Al复合材料制备方法，其特征在于：所述Al由纯Al、...

【专利技术属性】
技术研发人员：武高辉，潘荣迪，乔菁，韩秀丽，陈国钦，姜龙涛，杨文澍，张强，修子扬，鞠渤宇，王平平，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：