專利名稱：一種金屬基復(fù)合材料的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料加工領(lǐng)域，特別涉及一種金屬基復(fù)合材料的制備工藝。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的金屬基復(fù)合材料的制備工藝有固態(tài)法、液態(tài)法以及其他方法，較多采用的是液態(tài)法。液態(tài)法是把增強(qiáng)材料混入鋁合金熔體中，由于溫度較高，增強(qiáng)材料會(huì)被氧化或燒蝕，同時(shí)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)，降低了復(fù)合材料的性能。固態(tài)法包括粉末冶金、熱壓、熱等靜壓、熱軋、熱擠壓、熱拉和爆炸焊接技術(shù)等，整個(gè)過程處于較低溫度，界面反應(yīng)不嚴(yán)重，但復(fù)合材料的強(qiáng)度得不到保證，有時(shí)還要犧牲金屬材料本身的韌性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能在室溫下制備出強(qiáng)度高、抗沖擊韌性好的金屬基復(fù)合材料生產(chǎn)工藝，以擴(kuò)大金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用范圍及產(chǎn)品的附加值。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在某些金屬塑性好、富有延展性，便于各種冷、熱加工的基礎(chǔ)上，采用較大的壓下率，冷軋具有增強(qiáng)材料夾層的金屬板，對(duì)復(fù)合后的板材進(jìn)行熱處理，改善材料韌性，形成一定結(jié)合強(qiáng)度的界面。具體步驟包括板材表面和增強(qiáng)材料預(yù)處理、加入增強(qiáng)材料夾層、冷軋、熱處理等。
第一步板材表面和增強(qiáng)材料預(yù)處理利用砂輪和砂紙打磨掉板材表面的氧化層，對(duì)增強(qiáng)材料進(jìn)行清洗和活化處理(如球磨等)；第二步增強(qiáng)材料夾層的加入將增強(qiáng)材料與易揮發(fā)的溶劑(如乙醇、丙酮等)拌和，均勻涂覆在板材表面，夾層厚度在0.01～0.1mm之間；第三步冷軋采取措施(如點(diǎn)焊)以確保按三明治結(jié)構(gòu)放置的板材在軋制時(shí)不會(huì)發(fā)生現(xiàn)對(duì)移動(dòng)，在板材軋制表面涂覆礦物油做為潤滑劑，以減小金屬的變形抗力和實(shí)現(xiàn)更大的壓下。軋制進(jìn)給速度控制在0.1～0.5m/min之間，一次扎制壓下率為60～80％；第四步熱處理包括退火和時(shí)效處理，對(duì)于退火，溫度范圍為200～400℃，退火所選具體溫度要根據(jù)壓下率來確定，壓下率愈大退火溫度應(yīng)愈低，退火時(shí)間一般為1～3h；對(duì)于時(shí)效，溫度范圍為150～200℃，時(shí)效時(shí)間大于12～24h。時(shí)效可以提高材料強(qiáng)度，激發(fā)增強(qiáng)材料在基體中的擴(kuò)散，形成良好的界面結(jié)合。
本發(fā)明工藝可以適合于多種金屬復(fù)合板材的制備，例如可以用于鋁基復(fù)合板材、鎂基復(fù)合板材等的制備。其對(duì)應(yīng)的增強(qiáng)材料例如氧化鋁、碳化硅等。
本發(fā)明的特點(diǎn)是采用冷軋和后續(xù)熱處理相結(jié)合的技術(shù)來制備金屬基復(fù)合材料。傳統(tǒng)的熱軋法主要用來將已復(fù)合好的顆粒、晶須、短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料錠坯進(jìn)一步加工成板材，或?qū)⒂山饘俨瓦B續(xù)纖維組成的預(yù)制片制成板材，每次軋制的變形量小，軋制道次多。本發(fā)明是對(duì)傳統(tǒng)復(fù)合材料軋制技術(shù)的突破，其軋制過程不需要額外的加熱裝置；一次軋制的壓下率大，減少了軋制道次，減少或避免了了在軋制過程中進(jìn)行軟化熱處理；可以生產(chǎn)很薄、尺寸公差很嚴(yán)和長度很大的復(fù)合板。利用大壓下率產(chǎn)生的機(jī)械力和變形熱可使增強(qiáng)材料與金屬板復(fù)合在一起，這種界面結(jié)合主要以機(jī)械結(jié)合為主，也兼有物理結(jié)合和化學(xué)結(jié)合，增強(qiáng)材料夾層的厚度是本工藝的關(guān)鍵之一。軋制速度和壓下率與材料的變形抗力和塑性有關(guān)，對(duì)制品的表面質(zhì)量、內(nèi)部組織、最終性能和生產(chǎn)效率影響很大，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)軋制速度可以使金屬板材發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，晶粒得到細(xì)化，提高復(fù)合材料的硬度和強(qiáng)度，因此軋制速度和壓下率的合理選擇也是本發(fā)明的關(guān)鍵。
冷軋后的板材已被加工硬化，熱處理起到了軟化的作用，冷軋時(shí)儲(chǔ)存在鋁板內(nèi)和界面上應(yīng)變能也得到釋放，增強(qiáng)材料與鋁板之間元素的擴(kuò)散被激活或者發(fā)生適度的界面反應(yīng)，形成以化學(xué)結(jié)合力為主的界面，提高了復(fù)合材料承受外加載荷的能力，同時(shí)保持一定的韌性。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1納米氧化鋁顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合板材的制備。依照對(duì)材料性能的要求，選擇了不同的工藝參數(shù)。L5-1鋁板長1000mm，寬200mm，厚2mm；兩層鋁板間的氧化鋁厚度為0.01mm，以乙醇為拌和劑均勻涂覆于預(yù)處理過的鋁板表面，點(diǎn)焊后將鋁板放置10min，使乙醇揮發(fā)；冷軋進(jìn)給速度為0.4m/min，壓下率為80％。退火溫度為250℃，保溫2h。制得的氧化鋁顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合板材為塑性材料，組織成分均勻，熱處理后氧元素在鋁板一側(cè)的分布明顯增加，屈服強(qiáng)度σ0.2為362Mpa，抗拉強(qiáng)度σb為430Mpa，室溫延伸率δ為16％。
實(shí)施例2納米氧化鋁顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料板的制備。依照對(duì)材料性能的要求選擇工藝參數(shù)。AZ91鎂板長500mm，寬200mm，厚2mm；鎂板間氧化鋁厚度為0.1mm；冷扎進(jìn)給速度為0.2m/min，壓下率為70％；在150℃時(shí)效10h。氧化鋁粉與鎂發(fā)生了輕微的界面反應(yīng)，屈服強(qiáng)度σ0.2達(dá)到340Mpa，抗拉強(qiáng)度σb為386Mpa，室溫延伸率δ為6％。
實(shí)施例3碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料板的制備。依照對(duì)材料性能的要求選擇工藝參數(shù)。AZ91鎂板長500mm，寬200mm，厚2mm；將碳化硅與乙醇拌和后均勻涂覆與預(yù)處理過的鎂板表面，厚度為0.1mm；冷扎進(jìn)給速度為0.2m/min，壓下率為60％；軋制后在200℃時(shí)效12h。碳化硅與鎂基結(jié)合良好，經(jīng)測試，復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度σ0.2達(dá)到335Mpa，抗拉強(qiáng)度σb為394Mpa，室溫延伸率δ為7％。
權(quán)利要求
1.一種金屬基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于具體步驟如下第一步板材表面和增強(qiáng)材料預(yù)處理利用砂輪和砂紙打磨掉板材表面的氧化層，對(duì)增強(qiáng)材料進(jìn)行清洗和活化處理；第二步增強(qiáng)材料夾層的加入將增強(qiáng)材料與易揮發(fā)的溶劑拌和，均勻涂覆在板材表面，夾層厚度在0.01～0.1mm之間；第三步冷軋采取措施以確保按三明治結(jié)構(gòu)放置的板材在軋制時(shí)不會(huì)發(fā)生現(xiàn)對(duì)移動(dòng)，在板材軋制表面涂覆礦物油做為潤滑劑，軋制進(jìn)給速度控制在0.1～0.5m/min之間，一次扎制壓下率為60～80％；第四步熱處理包括退火和時(shí)效處理，對(duì)于退火，溫度范圍為200～400℃，退火時(shí)間一般為1～3h；對(duì)于時(shí)效，溫度范圍為150～200℃，時(shí)效時(shí)間大于12～24h。
全文摘要
本發(fā)明為一種金屬基復(fù)合材料的制備工藝。包括板材表面和增強(qiáng)材料的預(yù)處理、增強(qiáng)材料夾層的加入、冷軋、熱處理等步驟，其中控制合適的夾層的厚度，冷軋時(shí)的進(jìn)給速度和壓下率等，以確保復(fù)合板材的硬度和強(qiáng)度，并保持其韌性。
文檔編號(hào)B22F7/04GK1586771SQ200410053070
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月22日
發(fā)明者嚴(yán)彪, 李剛, 陸偉, 唐人劍, 殷俊林 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)