專利名稱：真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備工藝，屬于 復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高新科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用推動著材料向高比強(qiáng)度、高比剛度、高比 韌性、耐高溫、抗疲勞等多方面發(fā)展。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有發(fā)揮其 原材料組成的協(xié)同作用，更是集高比模量、高比強(qiáng)度、可控的熱膨脹系數(shù)， 以及良好的高溫性能等優(yōu)點(diǎn)于一身，同時具有很大的材料設(shè)計(jì)自由度的特 點(diǎn)，是復(fù)合材料中研究最多、應(yīng)用最廣的材料之一，已經(jīng)成為當(dāng)代先進(jìn)復(fù) 合材料重要的研究方向。與基體合金相比，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料不僅具有高比強(qiáng)度、高比剛 度、耐磨損、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)異性能，而且還具有性能可設(shè) 計(jì)特點(diǎn)，因此許多國家已投入大量研究經(jīng)費(fèi)進(jìn)行此類材料的研究及應(yīng)用開 發(fā)。目前顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的主要制備工藝為粉末冶金、復(fù)合鑄造、 噴射沉積、攪拌鑄造法。前三種技術(shù)方法由于存在工藝復(fù)雜、設(shè)備投資大、 成本高、難以制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件等缺點(diǎn)，因此不適合大批量連續(xù)生產(chǎn)，應(yīng) 用前景受到一定的限制。而機(jī)械攪拌法設(shè)備要求低、工藝簡單、成本低， 適合工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，因此，機(jī)械攪拌鑄造將是最有前途和有效的用于大 規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制造方法。就本質(zhì)而言，攪拌鑄造是指將經(jīng)過處理的顆粒等增強(qiáng)物加入到基體金 屬熔體，通過一定的機(jī)械方式高速攪拌顆粒增強(qiáng)體使其強(qiáng)烈運(yùn)動擴(kuò)散中均
勻分布在基體中，復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。雖然用液態(tài)攪拌法已能制 備出顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料，但仍有一些問題需要采取措施①顆粒與基體的 潤濕性不好，高溫下顆粒與基體難以結(jié)合牢固；②在高溫強(qiáng)烈攪拌過程中 鋁液氧化嚴(yán)重，液體內(nèi)會巻入很多氣體，致使氣體難以排出。改善增強(qiáng)顆 粒與基體潤濕性的方法主要有電鍍、涂覆金屬或進(jìn)行表面清洗等工藝，但這些方法工藝復(fù)雜，難以適應(yīng)規(guī)?；a(chǎn)的需要；通過對熔體進(jìn)行適當(dāng)速 度攪拌可使增強(qiáng)顆粒在基體中均勻分布，若攪拌速度過低或過高，則會出 現(xiàn)攪拌復(fù)合不徹底，或者在離心力的作用下顆粒易偏聚在坩堝四周之上而 影響整體復(fù)合強(qiáng)化效果，氣體、氧化物及浮渣等也容易被巻入熔體中形成 氣孔、夾雜等鑄造缺陷。在上世紀(jì)80年代中期，美國Duml鋁復(fù)合材料公司對攪拌工藝進(jìn)行了 重大的革新和改進(jìn)，在真空中完成顆粒的攪拌加入、澆注成型，很好地解 決了上述所說的鑄造缺陷，制得性能優(yōu)異的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。經(jīng)文 獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號CN1676237A，公開了一種制備顆粒增強(qiáng)鋁 基復(fù)合材料的真空機(jī)械雙攪拌鑄造法，該制備方法是將增強(qiáng)顆粒在非真空 下加入到熔體表面，然后抽真空，攪拌，脫氣，澆注鑄錠。存在的不足在 于，顆粒在高溫焙燒預(yù)處理過程中不能防止顆粒的團(tuán)結(jié)成塊，增強(qiáng)顆粒一 次性加入到熔體表面，攪拌復(fù)合過程難以控制，分散困難，顆粒易飛濺和 粘附在坩堝壁上；在非真空下進(jìn)行顆粒的加入，顆粒發(fā)生了二次污染，致 使后續(xù)攪拌復(fù)合過程中顆粒的均勻分散性差，難以在規(guī)模化生產(chǎn)中推廣應(yīng) 用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種真空攪拌復(fù)合顆 粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備工藝，旨在解決攪拌復(fù)合過程中顆粒與基體 潤濕性差、分布不均勻及氣孔率高等問題。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特點(diǎn)在于成分的含量為SiO 25Wt% (質(zhì)量比)，MgO 1.5Wt% (質(zhì)量比)，CuO 2.0Wt% (質(zhì) 量比)，MnO 1.0Wt% (質(zhì)量比)，CrO 0.4Wt% (質(zhì)量比)，Ti 0 0.2 Wt % (質(zhì)量比)，SiC0.1 20% (體積比)，余量為Al。進(jìn)一步地，真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備工藝，其特點(diǎn) 是基體合金熔煉，抽真空，加入SiC增強(qiáng)顆粒，并加以真空攪拌，使顆 粒復(fù)合進(jìn)入并均勻分散在基體熔體中，升溫，加入變質(zhì)劑、細(xì)化劑，卸掉 真空，澆注；具體包括以下步驟——① 按質(zhì)量比例稱量增強(qiáng)顆粒與鋁金屬熔料、中間合金；② 增強(qiáng)顆粒進(jìn)行篩分，除去團(tuán)聚的顆粒及其他雜質(zhì)，在將鋁金屬料投 入熔煉爐的同時將顆粒放入帶有攪拌裝置的預(yù)處理爐內(nèi)進(jìn)行高溫焙燒，同 時啟動攪拌器進(jìn)行攪拌以免顆粒焙燒而發(fā)生結(jié)塊，焙燒時間3 5h，以除 去顆粒表面吸附的水分及雜質(zhì)；③ 鋁錠溶化完畢后，投入工業(yè)結(jié)晶硅、Al-Cu、 Al-Mn、 Al-Cr、 Al-Ti、 工業(yè)純鎂中的一種或者幾種進(jìn)行成分調(diào)整；合金完全熔化后進(jìn)行打渣、精 煉，抽真空，啟動攪拌器進(jìn)行熔體攪拌，調(diào)整轉(zhuǎn)速200 500r/min，以除去 基體熔體中吸附的氣體；④ 鋁液溫度控制在550 700°C，通過顆粒加料通道將增強(qiáng)顆粒逐步送 到熔體表面，之后增強(qiáng)顆粒在攪拌引起的蝸旋產(chǎn)生的作用力下進(jìn)入熔體； 隨顆粒的不斷加入，攪拌速度不斷提高，以使熔體不發(fā)生飛濺和形成穩(wěn)定 的蝸旋為準(zhǔn)，快速使顆粒巻入熔體，完成增強(qiáng)顆粒的加入過程，顆粒加入 的速度在0.3 3kg/min，加入時間控制在5 15min;⑤ 待顆粒全加入到熔體后，增加攪拌速度，在此過程中保持液面平穩(wěn)， 進(jìn)行強(qiáng)力攪拌，速度為1000 2000r/min，攪拌時間20 30min，使顆粒不 發(fā)生團(tuán)聚，均勻分散在熔體中，完成增強(qiáng)顆粒和基體熔體的復(fù)合過程；⑥ 在完成顆粒與基體熔體的均勻復(fù)合后，進(jìn)行熔體升溫，在升溫過程
中繼續(xù)攪拌，并逐漸降低速度，保持液面平穩(wěn)，升溫到700 72(TC時，進(jìn) 行反向攪拌，3 10min，根據(jù)熔體表面平穩(wěn)情況調(diào)整攪拌速度，以使底部 的熔體攪動上浮而促進(jìn)顆粒更加紊亂而均勻地分散在熔體中，并使熔體中 裹入的氣體在真空作用下逸出，熔體繼續(xù)升溫；⑦待熔體溫度升溫到730 75(TC時，停止真空除氣，將變質(zhì)劑和細(xì)化 劑通過合金加料裝置加入到熔體表面，在200 400r/min轉(zhuǎn)速下攪拌3 5min，促使變質(zhì)劑和細(xì)化劑快速熔入并均勻分散在熔體中；之后，攪拌器 以100 150r/min的速度提升至爐體上部，卸掉真空，靜置，扒去熔體表 面浮渣，出爐，澆注在錠模內(nèi)成鑄錠。更進(jìn)一步地，上述的真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備工 藝，步驟①中，所述的增強(qiáng)顆粒為綠色oc-SiC，粒度為10 50pm。更進(jìn)一步地，上述的真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備工 藝，步驟②中，顆粒焙燒預(yù)處理的溫度為300 800'C，顆粒的攪拌速度為 勵 500r/min。再進(jìn)一步地，上述的真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備工 藝，步驟③中，抽真空的真空度為0.5X10'2 2.0Xl(y2MPa。再進(jìn)一步地，上述的真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備工 藝，步驟⑦中，所述變質(zhì)劑為ZS-AB型，所述細(xì)化劑為ZS-AX型。再進(jìn)一步地，上述的真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備工 藝，步驟⑦中，熔體精煉溫度為730 760。C范圍，精煉時間3 5min;熔 體靜置溫度為700 76(TC范圍，靜置時間為10 30min。本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在 ①本發(fā)明采用的設(shè)備簡單，通過真空機(jī)械攪拌工藝實(shí)現(xiàn)了顆粒與基體 之間的均勻復(fù)合，解決了顆粒與基體之間的潤濕關(guān)系，二者界面結(jié)合良好， 增強(qiáng)顆粒在基體中分布較均勻，無明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，制備的復(fù)合材料孔隙率 低； ② 增強(qiáng)顆粒的預(yù)處理工藝過程簡單，易操作，高溫焙燒除去團(tuán)結(jié)的顆粒、水分及其它雜質(zhì)；再輔以機(jī)械攪拌裝置，防止焙燒過程中顆粒的團(tuán)結(jié) 成塊，有效地促進(jìn)后續(xù)顆粒與基體之間的攪拌復(fù)合效果，提高顆粒在基體 中分布均勻性；在加增強(qiáng)顆粒之前，熔體進(jìn)行抽真空同時攪拌器攪動熔體， 有利于除去熔體中的氣體；③ 顆粒在和基體熔體相同的真空條件下加入熔體中，保證預(yù)處理后顆粒的潔凈，減少增強(qiáng)顆粒二次污染，同時減少了操作工序，提高工作效率; 顆粒的連續(xù)加入，大大提高復(fù)合效果，避免一次性加入顆粒時發(fā)生飛濺或 粘附在坩堝壁上； 正、反雙向攪拌，大大增加顆粒的實(shí)際收得率，增大顆粒均勻分散 程度，提高熔體除氣精煉效果；而且，由于低溫下采用低速攪拌，有效降 低高溫熔體和增強(qiáng)顆粒對攪拌器的沖刷與腐蝕作用，減少熔體中的雜質(zhì)含 量，提高攪拌器的使用壽命；⑤本發(fā)明使工業(yè)生產(chǎn)過程控制簡單，生產(chǎn)成本低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模 化生產(chǎn)。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明圖l:制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2:實(shí)施例1制備的SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的金相組織圖；圖3:實(shí)施例2制備的SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的金相組織圖；圖4:實(shí)施例3制備的SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的金相組織圖。附圖標(biāo)記的含義見下表附圖 標(biāo)記含義附圖 標(biāo)記含義都， 拉週含義1顆粒預(yù)處理爐2攪拌器3測溫機(jī)構(gòu)4傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5真空電阻爐6合金加料口
附圖 標(biāo)記含義都著含義附圖 標(biāo)記含義了顆粒輸送通道8真空系統(tǒng)具體實(shí)施方式
如圖1，制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的裝置，包括真空電阻爐5、攪 拌器2、顆粒預(yù)處理爐l、顆粒輸送通道7和抽真空系統(tǒng)8，鋁合金熔煉用 真空電阻爐5固定在傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4上，爐蓋上設(shè)有合金加料口 6、測溫機(jī)構(gòu) 3。實(shí)施例l備料以O(shè)C-SiC為增強(qiáng)顆粒，鋁鍶和鋁稀土作為變質(zhì)劑。按SiC與鋁合金的重量比為1: 4.5分別秤量1.2kg的SiC和5.5kg鋁合金，鋁合金為 ZL108， SiC的粒度為W14。以鋁鍶、鋁稀土與鋁合金重量比為0.1: 20 秤量27.5g的鋁鍶、27.5鋁稀土。將1.2kgSiC過篩，除去團(tuán)結(jié)的顆粒團(tuán)以及其它雜質(zhì)，在基體鋁合金投 入坩鍋的同時將SiC顆粒放入到預(yù)處理爐l內(nèi)進(jìn)行焙燒預(yù)處理，溫度設(shè)定 在600°C，以除去顆粒表面的雜質(zhì)和吸附的水分等污染物。攪拌復(fù)合將基體ZL108鋁合金投入真空電阻爐5中進(jìn)行熔化，溫度 設(shè)定在73(TC。合金完全熔化結(jié)束后進(jìn)行打渣、精煉?；w合金熔煉、精 煉后，進(jìn)行抽真空，真空度為O.OlMPa，同時啟動攪拌器進(jìn)行熔體攪拌， 調(diào)整轉(zhuǎn)速200 500r/min，以除去基體熔體中吸附的氣體。鋁液溫度控制在550°C，通過輸送通道7將增強(qiáng)顆粒以0.3kg/min的速 度逐步運(yùn)送到熔體表面，增強(qiáng)顆粒在攪拌引起的蝸旋產(chǎn)生的作用力下進(jìn)入 熔體；隨顆粒的不斷加入，攪拌速度不斷提高，以使熔體不產(chǎn)生飛濺和穩(wěn) 定的蝸旋為準(zhǔn)，快速使顆粒巻入熔體，完成增強(qiáng)顆粒的加入過程。待增強(qiáng)顆粒完全加入到熔體后，繼續(xù)增加攪拌速度進(jìn)行高速強(qiáng)力攪 拌，增加過程中保持液面平穩(wěn)，攪拌速度為1200r/min，攪拌時間20min，
高效地將團(tuán)聚的SiC增強(qiáng)顆打碎，不發(fā)生團(tuán)聚，均勻分散在熔體中，完成 增強(qiáng)顆粒和基體熔體的均勻復(fù)合過程。在完成顆粒與基體熔體的均勻復(fù)合后，進(jìn)行熔體升溫；在升溫過程中 繼續(xù)攪拌，攪拌速度為700r/min。升溫到700 720°C時，進(jìn)行反向攪拌， 根據(jù)熔體表面平穩(wěn)情況適當(dāng)調(diào)整攪拌速度，以使底部的熔體攪動上浮而促 進(jìn)顆粒更加紊亂而均勻地分散在熔體中，并使熔體中裹入的氣體在真空作 用下逸出。待熔體溫度升溫到730 75(TC時，停止真空除氣，將ZS-AB型變質(zhì) 劑和ZS-AX型細(xì)化劑通過合金加料口 6加入到熔體表面，在350r/min轉(zhuǎn) 速下攪拌3 5min中，促進(jìn)變質(zhì)劑和細(xì)化劑快速熔入并均勻分散在熔體中。 最后，將攪拌器緩慢以100 150r/min速度提升至爐體上部，卸掉真空， 熔體在700 76(TC靜置10 30min，扒去熔體表面浮渣，澆注在錠模內(nèi)成 鑄錠。按上述步驟制備的SiC顆粒增強(qiáng)SiCp/ZL108鋁基復(fù)合材料的金相組 織，如圖2所示，組織顯示增強(qiáng)顆粒SiC分散較均勻，無明顯團(tuán)聚現(xiàn)象， 氣孔夾雜少。實(shí)施例2備料以(X-SiC為增強(qiáng)顆粒，鋁鍶和鋁稀土作為變質(zhì)劑。按SiC與鋁 合金的重量比為1:16分別秤量0.343kgSiC和5.5kg鋁合金，鋁合金為6061, SiC的粒度為W14。將0.343kgSiC過篩，除去團(tuán)結(jié)的顆粒團(tuán)以及其它雜質(zhì)，在基體鋁合金 投入坩鍋的同時將SiC顆粒放入到預(yù)處理爐1內(nèi)進(jìn)行焙燒預(yù)處理，溫度設(shè) 定在30(TC，以除去顆粒表面的雜質(zhì)和吸附的水分等污染物。攪拌復(fù)合將基體6061鋁合金投入真空電阻爐5中進(jìn)行熔化，溫度 設(shè)定在73(TC。合金完全熔化結(jié)束后進(jìn)行打渣、精煉?；w合金熔煉、精 煉后，進(jìn)行抽真空，真空度為0.005MPa，同時啟動攪拌器進(jìn)行熔體攪拌，
調(diào)整轉(zhuǎn)速200 500r/min，以除去基體烙體中吸附的氣體。鋁液溫度控制在690°C，通過輸送通道7將增強(qiáng)顆粒以3kg/min的速 度逐步運(yùn)送到熔體表面，增強(qiáng)顆粒在攪拌引起的蝸旋產(chǎn)生的作用力下進(jìn)入 熔體；隨顆粒的不斷加入，攪拌速度不斷提高，以使熔體不產(chǎn)生飛濺和穩(wěn) 定的蝸旋為準(zhǔn)，快速使顆粒巻入熔體，完成增強(qiáng)顆粒的加入過程。待增強(qiáng)顆粒完全加入到熔體后，繼續(xù)增加攪拌速度進(jìn)行高速強(qiáng)力攪 拌，增加過程中保持液面平穩(wěn)，攪拌速度為2000r/min，攪拌時間20min， 高效地將團(tuán)聚的SiC增強(qiáng)顆打碎，不發(fā)生團(tuán)聚，均勻分散在熔體中，完成 增強(qiáng)顆粒和基體熔體的均勻復(fù)合過程。在完成顆粒與基體熔體的均勻復(fù)合后，進(jìn)行熔體升溫；在升溫過程中 繼續(xù)攪拌，攪拌速度為720r/min。升溫到700 72(TC時，進(jìn)行反向攪拌， 根據(jù)熔體表面平穩(wěn)情況適當(dāng)調(diào)整攪拌速度，以使底部的熔體攪動上浮而促 進(jìn)顆粒更加紊亂而均勻地分散在熔體中，并使熔體中裹入的氣體在真空作 用下逸出。待熔體溫度升溫到730 75(TC時，停止真空除氣，最后，將攪拌器緩 慢以100 150r/min速度提升至爐體上部，卸掉真空，熔體在700 760°C 靜置10 30min，扒去熔體表面浮渣，澆注在錠模內(nèi)成鑄錠。按上述步驟制備的SiC顆粒增強(qiáng)SiCp/6061鋁基復(fù)合材料的金相組織， 如圖3所示，組織顯示增強(qiáng)顆粒SiC分散較均勻，無明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，氣孔 夾雜少。實(shí)施例3備料以a-SiC為增強(qiáng)顆粒，鋁鍶和鋁稀土作為變質(zhì)劑。按SiC與鋁 合金的重量比為1: 3.4分別秤量2.07kg的SiC和7.1kg鋁合金，鋁合金為 A356， SiC的粒度為W14。以鋁鍶、鋁稀土與鋁合金重量比為0.1: 22秤 量32g的鋁鍶和32g鋁稀土。將2.07kgSiC過篩，除去團(tuán)結(jié)的顆粒團(tuán)以及其它雜質(zhì)，在基體鋁合金 投入坩鍋的同時將SiC顆粒放入到預(yù)處理爐1內(nèi)進(jìn)行焙燒預(yù)處理，溫度設(shè)定在800°C，以除去顆粒表面的雜質(zhì)和吸附的水分等污染物。攪拌復(fù)合將基體A356鋁合金投入真空電阻爐5中進(jìn)行熔化，溫度 設(shè)定在730°C。合金完全熔化結(jié)束后進(jìn)行打渣、精煉?；w合金熔煉、精 煉后，進(jìn)行抽真空，真空度為0.02MPa，同時啟動攪拌器進(jìn)行熔體攪拌， 調(diào)整轉(zhuǎn)速200 500r/min，以除去基體熔體中吸附的氣體。鋁液溫度控制在700°C，通過輸送通道7將增強(qiáng)顆粒以1.5kg/min的速 度逐步運(yùn)送到熔體表面，增強(qiáng)顆粒在攪拌引起的蝸旋產(chǎn)生的作用力下進(jìn)入 熔體；隨顆粒的不斷加入，攪拌速度不斷提高，以使烙體不產(chǎn)生飛濺和穩(wěn) 定的蝸旋為準(zhǔn)，快速使顆粒巻入熔體，完成增強(qiáng)顆粒的加入過程。待增強(qiáng)顆粒完全加入到熔體后，繼續(xù)增加攪拌速度進(jìn)行高速強(qiáng)力攪 拌，增加過程中保持液面平穩(wěn)，攪拌速度為2000r/min，攪拌時間20min， 高效地將團(tuán)聚的SiC增強(qiáng)顆打碎，不發(fā)生團(tuán)聚，均勻分散在熔體中，完成 增強(qiáng)顆粒和基體熔體的均勻復(fù)合過程。在完成顆粒與基體熔體的均勻復(fù)合后，進(jìn)行熔體升溫；在升溫過程中 繼續(xù)攪拌，攪拌速度為710r/min。升溫到700 720。C時，進(jìn)行反向攪拌， 根據(jù)熔體表面平穩(wěn)情況適當(dāng)調(diào)整攪拌速度，以使底部的熔體攪動上浮而促 進(jìn)顆粒更加紊亂而均勻地分散在熔體中，并使熔體中裹入的氣體在真空作 用下逸出。待熔體溫度升溫到730 75(TC時，停止真空除氣，將ZS-AB型變質(zhì) 劑和ZS-AX型細(xì)化劑通過合金加料口 6加入到熔體表面，在400r/min轉(zhuǎn) 速下攪拌3 5min中，促進(jìn)變質(zhì)劑或細(xì)化劑進(jìn)入并均勻分散在熔體中。最 后，將攪拌器緩慢以100 150r/min速度提升至爐體上部，卸掉真空，熔 體在730 760。C精煉時間3 5min;熔體在700 76(TC靜置10 30min， 扒去熔體表面浮渣，澆注在錠模內(nèi)成鑄錠。制備的材料組織如圖4所示， 增強(qiáng)顆粒SiC分散較均勻，無明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，氣孔夾雜少。
以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限 帝U。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利 保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特征在于成分的含量為Si 0～25Wt％Mg0～1.5Wt％Cu 0～2.0Wt％ Mn0～1.0Wt％Cr 0～0.4Wt％ Ti0～0.2Wt％SiC 0.1～20％(體積比)Al余量。
2.真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于-基體合金熔煉，抽真空，加入SiC增強(qiáng)顆粒，并加以真空攪拌，使顆粒復(fù) 合進(jìn)入并均勻分散在基體熔體中，升溫，加入變質(zhì)劑、細(xì)化劑，卸掉真空， 澆注；具體包括以下步驟——① 按質(zhì)量比例稱量增強(qiáng)顆粒與鋁金屬熔料、中間合金；② 增強(qiáng)顆粒進(jìn)行篩分，除去團(tuán)聚的顆粒及其他雜質(zhì)，在將鋁金屬料投 入熔煉爐的同時將顆粒放入帶有攪拌裝置的預(yù)處理爐內(nèi)進(jìn)行高溫焙燒，同 時啟動攪拌器進(jìn)行攪拌以免顆粒焙燒而發(fā)生結(jié)塊，焙燒時間3 5h，以除 去顆粒表面吸附的水分及雜質(zhì)；③ 鋁錠溶化完畢后，投入工業(yè)結(jié)晶硅、Al-Cu、 Al-Mn、 Al-Cr、 Al-Ti、工業(yè)純鎂中的一種或者幾種進(jìn)行成分調(diào)整；合金完全熔化后進(jìn)行打渣、精煉，抽真空，啟動攪拌器進(jìn)行熔體攪拌，調(diào)整轉(zhuǎn)速200 500r/min，以除去 基體熔體中吸附的氣體；④ 鋁液溫度控制在550 700°C，通過顆粒加料通道將增強(qiáng)顆粒逐步送 到熔體表面，之后增強(qiáng)顆粒在攪拌引起的蝸旋產(chǎn)生的作用力下進(jìn)入熔體； 隨顆粒的不斷加入，攪拌速度不斷提高，以使熔體不發(fā)生飛濺和形成穩(wěn)定 的蝸旋為準(zhǔn)，快速使顆粒巻入熔體，完成增強(qiáng)顆粒的加入過程，顆粒加入 的速度在0.3 3kg/min，加入時間控制在5 15min; ⑤ 待顆粒全加入到熔體后，增加攪拌速度，在此過程中保持液面平穩(wěn)，進(jìn)行強(qiáng)力攪拌，速度為1000 2000r/min，攪拌時間20 30min，使顆粒不 發(fā)生團(tuán)聚，均勻分散在熔體中，完成增強(qiáng)顆粒和基體熔體的復(fù)合過程；⑥ 在完成顆粒與基體熔體的均勻復(fù)合后，進(jìn)行熔體升溫，在升溫過程 中繼續(xù)攪拌，并逐漸降低速度，保持液面平穩(wěn)，升溫到700 72(TC時，進(jìn) 行反向攪拌，3 10min，根據(jù)熔體表面平穩(wěn)情況調(diào)整攪拌速度，以使底部 的熔體攪動上浮而促進(jìn)顆粒更加紊亂而均勻地分散在熔體中，并使熔體中 裹入的氣體在真空作用下逸出，熔體繼續(xù)升溫；⑦ 待熔體溫度升溫到730 75(TC時，停止真空除氣，將變質(zhì)劑和細(xì)化 劑通過合金加料裝置加入到熔體表面，在200 400r/min轉(zhuǎn)速下攪拌3 5min，促使變質(zhì)劑和細(xì)化劑快速熔入并均勻分散在熔體中；之后，攪拌器 以100 150r/min的速度提升至爐體上部，卸掉真空，靜置，扒去熔體表 面浮渣，出爐，澆注在錠模內(nèi)成鑄錠。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制 備工藝，其特征在于步驟①中，所述的增強(qiáng)顆粒為綠色a-SiC，粒度為 10 50|im。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制 備工藝，其特征在于步驟②中，顆粒焙燒預(yù)處理的溫度為300 80(TC， 顆粒的攪拌速度為100 500r/min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制 備工藝，其特征在于步驟③中，抽真空的真空度為0.5X10々 2.0X 10-2MPa。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制 備工藝，其特征在于步驟⑦中，所述變質(zhì)劑為ZS-AB型，所述細(xì)化劑為 ZS-AX型。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于步驟⑦中，熔體精煉溫度為730 76(TC范圍，精 煉時間3 5min;熔體靜置溫度為700 760。C范圍，靜置時間為10 30min。
全文摘要
本發(fā)明涉及真空攪拌復(fù)合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及制備工藝，成分Si 0～15Wt％，Mg 0～1.5Wt％，Cu 0～2.0Wt％，Mn 0～1.0Wt％，Cr 0～0.4Wt％，Ti 0～0.2Wt％，SiC 0.1～20％(體積比)。先將基體合金熔煉，打渣、精煉，在真空條件下慢速攪拌完成基體熔體除氣過程，將經(jīng)過預(yù)處理的增強(qiáng)顆粒持續(xù)加入鋁基體熔體中，機(jī)械攪拌將顆粒卷入熔體中；待顆粒完全加入到熔體后，進(jìn)行強(qiáng)力攪拌和慢速反向攪拌使顆粒均勻分散在基體中；升溫，加變質(zhì)劑和細(xì)化劑；卸掉真空，靜置，扒去熔體表面浮渣，澆注。通過真空機(jī)械攪拌實(shí)現(xiàn)顆粒與基體之間的均勻復(fù)合，顆粒與基體之間界面結(jié)合良好，增強(qiáng)顆粒在基體中分布較均勻，制備的復(fù)合材料孔隙率低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號C22C21/00GK101158001SQ200710190250
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月23日
發(fā)明者樂永康, 張建平, 毛建偉 申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司