專利名稱：原位反應(yīng)合成鋁基復(fù)合材料的調(diào)壓制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種鋁基復(fù)合材料的制備方法，特別是一種原位反應(yīng)合成鋁基復(fù)合材料的調(diào)壓制備方法，屬于鑄造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
調(diào)壓鑄造是精密鑄造領(lǐng)域中的一種較新的成型工藝方法，在航空、航天、電子等工業(yè)中大型、薄壁、復(fù)雜、高精度鋁鑄件的生產(chǎn)中已得到應(yīng)用。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，畢鑒智等人在《鑄造技術(shù)》，2000，216-18撰文“差壓鑄造的應(yīng)用及發(fā)展”，該鑄造方法的主要優(yōu)點(diǎn)有補(bǔ)縮壓力大；可減少鑄件氣孔、針孔缺陷；可明顯減少大型復(fù)雜鑄件凝固時(shí)的熱裂傾向；同時(shí)改善鑄件表面粗糙度，使得鑄件內(nèi)部致密度大大提高，晶粒細(xì)化，因而鑄件機(jī)械性能可大幅度提高。在已有的文獻(xiàn)資料中，通過原位合成技術(shù)制備的鋁基復(fù)合材料在產(chǎn)業(yè)上未見有應(yīng)用實(shí)例的報(bào)導(dǎo)。而具體實(shí)施技術(shù)上所存在的主要屏障是原位合成的鋁基復(fù)合材料熔體粘度大，以至成型困難(尤其是對(duì)于復(fù)雜鑄件)，其原因是原位合成增強(qiáng)體顆粒自身的引入所造成的合金液熔體粘度增大；同時(shí)由于自生顆粒的小尺寸(100um)所引起的顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象，乃至更嚴(yán)重的沉降現(xiàn)象都會(huì)使熔體粘度增大；顆粒的存在不可避免的引起卷氣卷渣也會(huì)使熔體粘度增大。正是由于以上因素造成原位合成鋁基復(fù)合材料成型零件會(huì)產(chǎn)生疏松、氣孔、夾渣、顆粒團(tuán)聚及沉降等缺陷而不能形成健全的構(gòu)件和優(yōu)良的力學(xué)性能，因此無法在工業(yè)上得到實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種原位反應(yīng)合成鋁基復(fù)合材料的調(diào)壓制備方法，首次將調(diào)壓鑄造的方法應(yīng)用到鋁基復(fù)合材料零件的制備中，使其解決目前鋁基復(fù)合材料所存在的成型問題，能鑄造成型薄壁、復(fù)雜、高精度的鋁基復(fù)合材料鑄件。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明將鑄型和液態(tài)金屬分別置于上、下密封室中，鑄型安裝在具有高透氣性和一定可塑性的墊床上，利用壓力和真空，將液態(tài)金屬沿反重力方向壓入型腔，進(jìn)行充填鑄型，然后對(duì)上、下密封室同時(shí)加壓，使鑄件的凝固環(huán)境從真空(負(fù)壓)迅速轉(zhuǎn)變到高壓(正壓)，壓力轉(zhuǎn)變過程中保持上、下密封室壓力差恒定，直至鑄件凝固完畢。
以下對(duì)本發(fā)明方法作進(jìn)一步的說明，內(nèi)容如下調(diào)壓制備的充填鑄型時(shí)下室加壓為1-2atm；充填鑄型完成后上室加壓0.5-1atm。復(fù)合材料熔體重熔溫度為700-760℃，復(fù)合材料成型時(shí)壓力差的保持時(shí)間為10-30min，復(fù)合材料熔體在真空保持時(shí)間為30-60min。調(diào)壓制備方法應(yīng)用于復(fù)合材料鑄件的鑄造。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明首次將調(diào)壓鑄造的方法應(yīng)用到鋁基復(fù)合材料零件的制備中，解決了目前鋁基復(fù)合材料所存在的成型問題，與背景技術(shù)相比具有以下特點(diǎn)(1)改善了由于增強(qiáng)體的引入造成的合金液熔體粘度增大而帶來成型困難的現(xiàn)象，提高金屬液的成型性能；(2)分區(qū)控溫可調(diào)節(jié)材料的凝固速度。通過調(diào)壓鑄造設(shè)備的真空環(huán)境對(duì)已制備的高體積分?jǐn)?shù)的鋁基復(fù)合材料進(jìn)行除氣除渣凈化，同時(shí)保護(hù)了基體中的陶瓷顆粒的含量和分散情況。通過調(diào)節(jié)壓力和分區(qū)控溫的綜合作用提高復(fù)合材料的充型能力；(3)真空精煉及壓力成型可消除氧化、氣孔等鑄造缺陷；從而最終能鑄造成型薄壁、復(fù)雜、高精度的鋁基復(fù)合材料鑄件。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實(shí)施例實(shí)施例1重量百分比10％TiB2顆粒增強(qiáng)鋁A356復(fù)合材料的制備過程。
將重量百分比10％TiB2/A356復(fù)合材料錠料置入調(diào)壓鑄造罐體下室重熔并進(jìn)行真空精煉，熔化溫度為760℃，熔化后真空保持時(shí)間為30min；當(dāng)復(fù)合材料熔體在真空條件下精煉充分之后，啟開上室，除去精煉后熔體表面浮渣，置入經(jīng)培燒預(yù)熱的鑄模，關(guān)閉上室，二次抽真空。當(dāng)真空度達(dá)到10-1Pa以上時(shí)，下室加壓1atm，充填鑄型。充填完成后，上室同時(shí)加壓0.5atm并保壓10分鐘。制備出的材料的鑄態(tài)力學(xué)性能σb＝273Mpa；σ0.2＝212Mpa；δ＝2.8％；E＝91.8Gpa。
實(shí)施例2重量百分比10％TiB2顆粒增強(qiáng)鋁合金301復(fù)合材料的制備過程。
將重量百分比10％TiB2/301復(fù)合材料錠料置入調(diào)壓鑄造罐體下室進(jìn)行真空精煉重熔，熔化溫度為720℃，熔化后真空保持時(shí)間為40min；當(dāng)復(fù)合材料熔體在真空條件下精煉充分以后，啟開上室，除去精煉后熔體表面浮渣，置入經(jīng)培燒預(yù)熱的鑄模，關(guān)閉上室，二次抽真空。當(dāng)真空度達(dá)到10-1Pa以上時(shí)，下室加壓1.5atm，充填鑄型。充填完成后，上室同時(shí)加壓0.8atm并保壓15分鐘。制備出的材料的T4處理態(tài)的力學(xué)性能σb＝389Mpa；σ0.2＝308Mpa；δ＝4.5％；E＝88.6Gpa。
實(shí)施例3重量百分比10％TiB2顆粒增強(qiáng)鋁合金305復(fù)合材料的制備過程。
將重量百分比10％TiB2/305復(fù)合材料錠料置入調(diào)壓鑄造罐體下室進(jìn)行真空精煉重熔，熔化溫度為700℃，熔化后真空保持時(shí)間為60min；當(dāng)復(fù)合材料熔體在真空條件下精煉充分以后，打、啟開上室，除去精煉后熔體表面浮渣，置入經(jīng)培燒預(yù)熱的鑄模，關(guān)閉上室，二次抽真空。當(dāng)真空度達(dá)到10-1Pa以上時(shí)，下室加壓2atm，充填鑄型。充填完成后，上室同時(shí)加壓1atm并保壓30分鐘。制備出的材料的T4處理態(tài)的力學(xué)性能σb＝394Mpa；σ0.2＝313Mpa；δ＝4.7％；E＝89.4Gpa。
權(quán)利要求
1.一種原位反應(yīng)合成鋁基復(fù)合材料的調(diào)壓制備方法，其特征在于將鑄型和液態(tài)金屬分別置于上、下密封室中，鑄型安裝在具有高透氣性和可塑性的墊床上，利用壓力和真空，將液態(tài)金屬沿反重力方向壓入型腔，進(jìn)行充填鑄型，然后對(duì)上、下密封室同時(shí)加壓，使鑄件的凝固環(huán)境從真空迅速轉(zhuǎn)變到高壓，壓力轉(zhuǎn)變過程中保持上、下密封室壓力差恒定，直至鑄件凝固完畢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位反應(yīng)合成鋁基復(fù)合材料的調(diào)壓制備方法，其特征是調(diào)壓制備的充填鑄型時(shí)下室加壓為1-2atm；充填鑄型完成后上室加壓0.5-1atm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位反應(yīng)合成鋁基復(fù)合材料的調(diào)壓制備方法，其特征是復(fù)合材料熔體重熔溫度為700-760℃，復(fù)合材料成型時(shí)壓力差的保持時(shí)間10-30min，復(fù)合材料熔體在真空保持時(shí)間為30-60min。
全文摘要
一種原位反應(yīng)合成鋁基復(fù)合材料的調(diào)壓制備方法屬于鑄造領(lǐng)域。將鑄型和液態(tài)金屬分別置于上、下密封室中，鑄型安裝在具有高透氣性和一定可塑性的墊床上，利用壓力和真空，將液態(tài)金屬沿反重力方向壓入型腔，進(jìn)行充填鑄型，然后對(duì)上、下密封室同時(shí)加壓，使鑄件的凝固環(huán)境從真空迅速轉(zhuǎn)變到高壓，壓力轉(zhuǎn)變過程中保持上、下密封室壓力差恒定，直至鑄件凝固完畢。本發(fā)明首次將調(diào)壓鑄造的方法應(yīng)用到鋁基復(fù)合材料零件的制備中，解決了目前鋁基復(fù)合材料所存在的成型問題，最終能鑄造成型薄壁、復(fù)雜、高精度的鋁基復(fù)合材料鑄件。
文檔編號(hào)C22C32/00GK1438345SQ03115678
公開日2003年8月27日 申請(qǐng)日期2003年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月6日
發(fā)明者王浩偉, 馬乃恒, 李險(xiǎn)峰, 王鵬, 易宏展 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)