專利名稱：輕型金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品的制造方法及其漿料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以輕金屬作為基體的復(fù)合材料產(chǎn)品的制造方法
背景技術(shù)：
復(fù)合材料是由基體材料和增強(qiáng)體材料組合在一起復(fù)合處理而制得的，它綜合了基體材料和增強(qiáng)材料的優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮了材料的使用性能。金屬基復(fù)合材料結(jié)合了金屬和陶瓷等增強(qiáng)體的物理力學(xué)特性，具有高比強(qiáng)度、高比剛度、高熱導(dǎo)率和低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)良性能，在航空航天、交通工業(yè)、電子封裝等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。由于密度小和成本相對(duì)低廉，鋁基和鎂基復(fù)合材料已成為金屬基復(fù)合材料的主要方向。從上世紀(jì)80年代初開始，世界各國競相研究開發(fā)這類材料，從材料的制備工藝、微觀組織、力學(xué)性能與斷裂特性等角度進(jìn)行了許多基礎(chǔ)性研究，取得了顯著成績。美國將硼纖維增強(qiáng)鋁合金用于航天飛機(jī)和空間站結(jié)構(gòu)，高含量碳化硅陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料用于戰(zhàn)斗機(jī)電子器件和空間光學(xué)反射鏡。美國、歐洲和日本將低含量的碳化娃增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件、飛機(jī)部件。我國本世紀(jì)初也開始了碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在航天光機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究工作。隨著近年來碳納米管技術(shù)的迅猛發(fā)展，以該材料為增強(qiáng)體的金屬基復(fù)合材料研究也廣泛開展起來。碳納米管(英文carbon nano tubes,簡寫CNTs)是一種納米微觀尺度的，具有完整分子結(jié)構(gòu)的新型碳材料，由碳原子形成的六邊形碳環(huán)(石墨片)卷曲而成的無縫中空的管狀體。碳納米管具有極高的彈性模量、抗拉強(qiáng)度和韌性，這些特性使得其特別適合作為復(fù)合材料的增強(qiáng)相，碳納米管增強(qiáng)金屬基、陶瓷基、聚合物基復(fù)合材料的研究己成為一個(gè)廣泛關(guān)注的重要領(lǐng)域。目前，雖然金屬基復(fù)合材料(以輕金屬基為主)應(yīng)用技術(shù)取得了長足進(jìn)步，在航空航天、交通運(yùn)輸和電子封裝等領(lǐng)域也開發(fā)出了系列產(chǎn)品，但以下幾個(gè)復(fù)合材料制備工藝局限等方面的因素極大限制了該材料的市場推廣，無法發(fā)揮復(fù)合材料真正的功效。以最為成熟的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料(SiCp/Al)為例:I)低體積含量復(fù)合材料方面，采用攪拌鑄造法可生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件。但陶瓷含量大于20%后，陶瓷/鋁混合液流動(dòng)困難，難以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量鑄造，造成鑄件性能不理想，性價(jià)比不高。攪拌鑄造的碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料彈性模量和熱膨脹系數(shù)僅能達(dá)到90GPa和18ppm，延伸率則下降至僅為1%左右。相比鋁合金的70GPa和22ppm改善幅度有限，而價(jià)格卻增長了 220%，多數(shù)用戶難以接受；利用粉末冶金工藝制造的SiCp/Al復(fù)合材料，陶瓷含量超過20%后，因塑性差而難以制成板材和棒材等型材。增強(qiáng)體含量低是造成這類復(fù)合材料性能不佳的主要原因，其中粉末冶金工藝制造的復(fù)合材料，其成本甚至還高于攪拌鑄造的產(chǎn)品，面臨的市場壓力可想而知。2)高體積含量復(fù)合材料方面主要采用浸滲工藝，包括無壓滲透和壓力浸滲。這兩種方法用于精密成型，都只能制造300_以內(nèi)的小零件。無壓滲透方法可制造直徑超過100cm、厚度超過12cm的板狀毛坯，但要通過成本極高的機(jī)械加工去除大部分材料，才能做出工業(yè)化產(chǎn)品，材料浪費(fèi)驚人，同樣費(fèi)效比很不理想，目前僅限于少量空間應(yīng)用。
碳納米管增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料方面，現(xiàn)有的兩種制造工藝同樣存在這些問題。攪拌鑄造法只能生產(chǎn)CNTS含量低于2%的復(fù)合材料，增強(qiáng)體含量增加后會(huì)引起嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，使復(fù)合材料脆性加大，材質(zhì)均勻性受到影響。粉末冶金法可生產(chǎn)CNTS含量5%的復(fù)合材料，再增加增強(qiáng)體比例也會(huì)產(chǎn)生碳納米管團(tuán)聚，性能不升反降。但這個(gè)比例的復(fù)合材料，其綜合性能有限而成本并不低，再加上鎂合金固有的需要采取特殊的防腐蝕手段，難以大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供一種輕型金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品的制造方法。所述的方法使增強(qiáng)體含量比例與精密成型性能不能匹配導(dǎo)致性價(jià)比過低的問題得以解決，能夠提高該類產(chǎn)品的綜合性能，而且生產(chǎn)周期短，成本較低，適于大面積推廣。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明輕型金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品的制造方法，所述的方法至少包括下述步驟:將增強(qiáng)體粉末、膠體和金屬粉末按比例混合均勻形成漿料；利用注射機(jī)將混合漿料注入模具中制成素坯。優(yōu)選的，上述方法包括下述步驟:(I)將輕型金屬合金制成粉末；(2)增強(qiáng)體做預(yù)處理；(3)配制膠體；(4)將增強(qiáng)體粉末、膠體和金屬粉末按比例混合均勻；(5)利用注射機(jī)將混合漿料注入模具中制成素坯；(6)將素坯脫膠；(7)素坯燒結(jié)和合金浸滲形成復(fù)合材料毛坯；(8)熱處理穩(wěn)定組織改善力學(xué)性能；(9)機(jī)械加工；(10)表面處理以提高抗腐蝕性能。優(yōu)選的，所述增強(qiáng)體為碳納米管；對(duì)碳納米管做預(yù)處理的步驟為:選直徑在10 30nm，長度約為I 10 μ m，純度85%的多壁碳納米管；清洗提純；將碳納米管加入到2mol/L的NaOH溶液中，在80°C溫度下煮沸處理2小時(shí)后冷卻至室溫；過濾并用去離子水洗滌5次之后，在烘箱內(nèi)進(jìn)行干燥處理，放入18% wt鹽酸溶液中，煮沸2小時(shí)進(jìn)行提純，冷卻至室溫后靜置24小時(shí)再過濾、烘干，從而得到純化后的碳納米管，純度提聞到95%左右；化學(xué)鍍鎳；取Ikg硝酸鎳溶解于20kg去離子水中形成硝酸鎳溶液；稱取500g多壁碳納米管加入到重量10kg、濃度5%的碳酸氨溶液中，混合兩種溶液攪拌均勻(攪拌葉轉(zhuǎn)速2000轉(zhuǎn)/min，時(shí)間為10分鐘)，使溶液充分潤濕碳納米管。攪拌20分鐘后靜置處理24小時(shí)，過濾反應(yīng)產(chǎn)物。在150°C烘干后取出并粉碎烘干產(chǎn)物，在600°C下通氫氣還原I小時(shí)，制得表面包覆厚5nm左右金屬鎳的碳納米管。優(yōu)選的，所述的素坯燒結(jié)和合金浸滲形成復(fù)合材料毛坯的步驟具體為:將素坯置于真空燒結(jié)爐內(nèi)，用高純氬氣保護(hù)；在100-300°C時(shí)，燒結(jié)升溫速率10°C /min ;在300-580°C溫度時(shí)，燒結(jié)升溫速率5°C/min，；在580°C以上溫度時(shí)，燒結(jié)時(shí)間IOmin ;快速冷卻到固液燒結(jié)溫度，保溫6小時(shí)；隨后爐冷至室溫；其中，在450_480°C時(shí)，保溫1-1.5小時(shí)。優(yōu)選的，表面處理以提高抗腐蝕性能的步驟具體為:(I)清洗；使用無水酒精清洗并自然晾干。再用超聲波清洗機(jī)清洗一次，介質(zhì)為高純度煤油，頻率為22kHz，時(shí)間15分鐘；(2)在干燥箱內(nèi)115 °C烘30分鐘；(3)鈍化；是將純度為99%的三氯化鈰和去離子水配成濃度1500ppm的主試劑，在攪拌機(jī)內(nèi)混合30分鐘后加入重量比5%的雙氧水并攪拌15分鐘；將產(chǎn)品浸泡28分鐘后取出，在125°C烘45分鐘后備用，此時(shí)即在零件表面形成一個(gè)厚度5 μ m、結(jié)合牢固而穩(wěn)定的鈍化膜。(4)最后將安裝部位保護(hù)后，噴涂一層厚度20 μ m左右的環(huán)氧漆并在150°C烘80分鐘即可。優(yōu)選的，所述的漿料由膠體、增強(qiáng)體粉末和金屬粉末按4-5: 2-4: 3_4的重量比混合均勻。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明輕型金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品的漿料，所述的漿料由膠體、增強(qiáng)體粉末和金屬粉末按4-5: 3-4: 3-4的重量比混合均勻；混合時(shí)采用混合機(jī)加熱至85±5°C，混料箱雙層壁之間的導(dǎo)熱油而使混合料均勻受熱，一對(duì)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的Z形葉片使混合料得到均勻混合，攪拌2小時(shí)即可。其中，所述的膠體至少由下述重量份的原料制成:石蠟50-55份低密度聚乙烯40-45份硬脂酸2-5份。利用上述方法以及漿料制造的輕型金屬基復(fù)合材料零件，材料利用率達(dá)到80%，強(qiáng)度增加20 %，剛度增加45 %，重量減輕15 %，尺寸精度可達(dá)到基本尺寸的0.5 %。本技術(shù)可以小批量生產(chǎn)大型精密航空航天零件，也可大批量生產(chǎn)汽車、列車零部件，同時(shí)生產(chǎn)成本較現(xiàn)有方法降低25%，周期縮短40%。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的工藝流程簡圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。本發(fā)明輕型金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品的制造方法，是將增強(qiáng)體粉末、膠體和金屬粉末按比例混合均勻形成漿料；利用注射機(jī)將混合漿料注入模具中制成素坯。其中，所述的增強(qiáng)體可以為碳納米管、碳化硅、陶瓷粉末等；金屬粉末可以為各種輕金屬粉末，如鋁、鋁合金、鎂合金、鎂鋁合金等。所述的漿料中膠體、增強(qiáng)體粉末和金屬粉末的重量比為:4-5: 2-4: 3-4上述的方法使增強(qiáng)體含量比例與精密成型性能不能匹配導(dǎo)致性價(jià)比過低的問題得以解決，能夠提高該類產(chǎn)品的綜合性能，而且生產(chǎn)周期短，成本較低，適于大面積推廣。利用本上述方法制造的輕型金屬基復(fù)合材料零件，材料利用率達(dá)到80%，強(qiáng)度增加20%，剛度增加45 %，重量減輕15 %，尺寸精度可達(dá)到基本尺寸的0.5 %。本技術(shù)可以小批量生產(chǎn)大型精密航空航天零件，也可大批量生產(chǎn)汽車、列車零部件，同時(shí)生產(chǎn)成本較現(xiàn)有方法降低25%，周期縮短40%。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例一(50%碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料產(chǎn)品)(50% VolSiCp/ZLlOl)I)合金制粉。將ZLlOl合金在氬氣(純度99.9% )保護(hù)下制成粉末，平均粒徑20 μ m。真空包裝待用；2)增強(qiáng)體做預(yù)處理。選購平均粒度10 μ m的普通α型綠色SiC粉。由于碳化硅(SiC)顆粒的制備過程中表面會(huì)有一定量未完全反應(yīng)而殘留的游離碳，其它雜質(zhì)為少量游離的硅、石英砂、氧化鐵等，另外還可能亞微米級(jí)的SiC和Si02的顆粒。這些微小的殘留顆粒會(huì)使顆粒容易發(fā)生團(tuán)聚無法順利地均勻分散或影響復(fù)合材料的性能。因此，首先進(jìn)行清洗工序:用15%濃度的稀鹽酸酸洗30分鐘后，自然干燥備用。氧化處理:SiCp表面氧化不但能通過反應(yīng)促進(jìn)增強(qiáng)體與基體合金的浸潤，而且能防止有害界面反應(yīng)的發(fā)生。在高溫爐中1000±15°C保溫氧化6小時(shí)后，SiC顆粒表面即形成了亞微米級(jí)Si02膜層，真空包裝待用。3)配制含粘結(jié)劑和添加劑的膠體。配比為55%石蠟(PW)+40%低密度聚乙烯(LDPE)+5% 硬脂酸(SA)。4)制漿。將膠體、SiC粉末和鋁合金粉末按4: 3: 3的比例混合均勻。采用NH_5型混合機(jī)，通過電阻絲加熱至85±5°C，混料箱雙層壁之間的導(dǎo)熱油而使混合料均勻受熱，一對(duì)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的Z形葉片使混合料得到均勻混合，攪拌2小時(shí)即可。5)注射成素坯。利用SA600型注射機(jī)將漿料加熱熔化后注入用鋁合金制作的成形模具的型腔內(nèi)，冷卻后得到素坯。工藝參數(shù)為注射溫度180±5°C，注射壓力140±2MPa，注射速度 55 ±6 (m/s)。6)素坯烘烤脫膠。脫膠工藝采用溶劑脫脂后再進(jìn)行熱脫脂的二步脫脂方法。其中溶劑脫脂所用的溶劑為三氯乙烯(65%) +酒精(20%)+丙酮(15%)，溫度為35±5°C，浸泡時(shí)間為15小時(shí)。熱脫脂采用WZDS-20型單室真空燒結(jié)爐，溫度為480±10°C，真空度為5xlO-3Pa，時(shí)間為 12h。7)燒結(jié)。燒結(jié)質(zhì)量決定了零件性能高低，與粉末粒徑、成形坯均勻性、燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、加熱或冷卻速率等因素有關(guān)。素坯燒結(jié)和合金浸滲形成復(fù)合材料毛坯的工序在WZDS-20型單室真空燒結(jié)爐上進(jìn)行，高純氬氣(純度99.95% )保護(hù)，燒結(jié)升溫速率10°C /min，在520°C時(shí)，保溫較長時(shí)間(1.5h)使粘結(jié)劑完全揮發(fā)；中間溫度時(shí)的緩慢升溫(5°C /min)，防止坯體中的顆粒間相對(duì)運(yùn)動(dòng)加快，發(fā)生坍塌等；在高溫時(shí)(610°C )，短時(shí)燒結(jié)時(shí)間(15min)，控制晶粒長大，然后快速冷卻(15°C/min)到固液燒結(jié)溫度(560°C )，保溫6小時(shí)，即可充分釋放蠟基粘結(jié)劑造成的應(yīng)力，又能降低試樣缺陷。隨后爐冷至室溫。8)熱處理。復(fù)合材料熱處理可穩(wěn)定組織改善力學(xué)性能，由于微觀組織與基體金屬差異很大而處理方法不同。具體機(jī)制是:首先退火按285°C保溫6小時(shí)后爐冷至室溫，空置24小時(shí)。然后采用人工時(shí)效方法即-135°C +155°C循環(huán)三次，保溫時(shí)間45分鐘，溫度升降速率均為1.50C /min。溫控精度±5°C，溫度均勻性為±2°C。9)機(jī)械加工。此時(shí)毛坯精度和表面粗糙度都不高，約為0.5%和Ra6.4 μ m。而零件安裝面技術(shù)要求往往較高，需要通過機(jī)械加工實(shí)現(xiàn)。在銑床或車床上加工，使用聚晶金剛石刀片、燒結(jié)或電鍍金剛石磨頭均可，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速在2000rpm左右。單次走刀不大于0.8mm。10)表面處理。此工序旨在提高復(fù)合材料零件的抗腐蝕性能。目前制約鋁基復(fù)合材料大面積應(yīng)用的因素除了整體性價(jià)比不高外，另一個(gè)就是產(chǎn)品表面抗腐蝕性差。在鋁/陶瓷界面處腐蝕電位很低，易在潮濕環(huán)境下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。經(jīng)長期研究發(fā)現(xiàn)，表面鈍化加環(huán)氧漆防護(hù)是理想的處理工藝。具體做法是:機(jī)械加工完成后先進(jìn)行清洗，使用無水酒精清洗并自然晾干。再用超聲波清洗機(jī)清洗一次，介質(zhì)為高純度煤油，頻率為22kHz，時(shí)間15分鐘。然后在干燥箱內(nèi)115°C烘30分鐘。然后進(jìn)行稀土鈍化，方法是將純度為99%的三氯化鈰和去離子水配成濃度1500ppm的主試劑，在攪拌機(jī)內(nèi)混合30分鐘后加入重量比5%的雙氧水并攪拌15分鐘。將產(chǎn)品浸泡28分鐘后取出，在125°C烘45分鐘后備用。此時(shí)即在零件表面形成一個(gè)厚度5 μ m、結(jié)合牢固而穩(wěn)定的鈍化膜。最后將安裝部位保護(hù)后，噴涂一層厚度20 μ m左右的環(huán)氧漆并在150°C烘80分鐘即可。11)去除安裝部位的保護(hù)膠。12)尺寸與形位精度檢測。13)包裝出廠。實(shí)施例二(33% CNTs/AZ31鎂基復(fù)合材料產(chǎn)品)I)合金制粉。將AZ31合金在氬氣(純度99.95% )保護(hù)下制成粉末，平均粒徑30 μ m，真空包裝待用。2)增強(qiáng)體做預(yù)處理。為了使碳納米管能良好的浸入漿料并在燒結(jié)階段與鎂合金形成高性能界面組織，選用經(jīng)過純化和表面化學(xué)包覆鎳兩道工藝處理后的碳納米管。選購直徑在10 30nm，長度約為I 10 μ m，純度85%的多壁碳納米管工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。首先進(jìn)行清洗提純工序:將采購的碳納米管加入到2mol/L的NaOH溶液中，在80°C溫度下煮沸處理2小時(shí)后冷卻至室溫。過濾并用去離子水洗滌5次之后，在烘箱內(nèi)進(jìn)行干燥處理，放入18% wt鹽酸溶液中，煮沸2小時(shí)進(jìn)行提純，冷卻至室溫后靜置24小時(shí)再過濾、烘干，從而得到純化后的碳納米管，純度提高到95%左右。然后進(jìn)行化學(xué)鍍鎳:取Ikg硝酸鎳溶解于20kg去離子水中形成硝酸鎳溶液；稱取500g多壁碳納米管加入到重量10kg、濃度5%的碳酸氨溶液中，混合兩種溶液攪拌均勻(攪拌葉轉(zhuǎn)速2000轉(zhuǎn)/min，時(shí)間為10分鐘)，使溶液充分潤濕碳納米管。攪拌20分鐘后靜置處理24小時(shí)，過濾反應(yīng)產(chǎn)物。在150°C烘干后取出并粉碎烘干產(chǎn)物，在600°C下通氫氣還原I小時(shí)，制得表面包覆厚5nm左右金屬鎳的碳納米管。對(duì)清洗提純后的碳納米管進(jìn)行化學(xué)覆鎳是為了增加碳納米管的比重和改善碳納米管的表面潤濕性，與鎂基體界面結(jié)合更為緊密。真空包裝待用。3)配制含粘結(jié)劑和添加劑的膠體。配比為68%石蠟(PW)+10%高密度聚乙烯(HDPE)+20%乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)+2%硬脂酸(SA)。4)制漿。將膠體、CNTs粉末和鎂合金粉末按4: 2: 4的比例混合均勻后進(jìn)行超聲波分散，頻率為20kHz，時(shí)間45分鐘。采用NH-5型混合機(jī)，通過電阻絲加熱至85±5°C，混料箱雙層壁之間的導(dǎo)熱油而使混合料均勻受熱，一對(duì)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的Z形葉片攪拌使混合料得到均勻混合，攪拌2小時(shí)即可。5)注射成素坯。利用SA600型注射機(jī)將漿料加熱熔化后注入用鋁合金制作的成形模具的型腔內(nèi)，冷卻后得到素坯。工藝參數(shù)為注射溫度185±5°C，注射壓力180±2MPa，注射速度75±6m/s。6)素坯烘烤脫膠。脫膠工藝采用溶劑脫脂后再進(jìn)行熱脫脂的二步脫脂方法。其中溶劑脫脂所用的溶劑為三氯乙烯(65%) +酒精(20%)+丙酮(15%)，溫度為35±5°C，浸泡時(shí)間為15小時(shí)。熱脫脂采用WZDS-20型單室真空燒結(jié)爐，溫度為480±10°C，真空度為5xlO-3Pa，時(shí)間為12小時(shí)。7)燒結(jié)。燒結(jié)質(zhì)量與粉末粒徑、成形坯均勻性、燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、加熱或冷卻速率等因素有關(guān)。素坯燒結(jié)和合金浸滲形成復(fù)合材料毛坯的工序在WZDS-20型單室真空燒結(jié)爐上進(jìn)行，高純氬氣(純度99.95% )保護(hù)，燒結(jié)升溫速率10°C /min，在460°C時(shí)，保溫較長時(shí)間(1.5h)使粘結(jié)劑完全揮發(fā)；中間溫度時(shí)緩慢升溫(5°C/min)，防止坯體中的顆粒間相對(duì)運(yùn)動(dòng)加快，發(fā)生坍塌等；在高溫時(shí)(580°C)短時(shí)燒結(jié)時(shí)間(IOmin)，控制晶粒長大，然后快速冷卻(15°C /min)到固液燒結(jié)溫度(520°C )，保溫6小時(shí)以使CNTs與鎂合金界面良好結(jié)合。即可充分釋放蠟基粘結(jié)劑造成的應(yīng)力，又能降低試樣缺陷。隨后爐冷至室溫。8)熱處理。復(fù)合材料熱處理可穩(wěn)定組織改善力學(xué)性能，由于微觀組織與基體金屬差異很大而處理方法不同。具體機(jī)制是:首先退火按255°C保溫6小時(shí)后爐冷至室溫，空置24小時(shí)。然后采用人工時(shí)效方法即-105 °C +115 °C循環(huán)三次，保溫時(shí)間45分鐘，溫度升降速率均為1.50C /min。溫控精度±5°C，溫度均勻性為±2°C。9)機(jī)械加工。此時(shí)毛坯精度和表面粗糙度都不高，約為0.5%和Ra6.4μ m。而零件安裝面技術(shù)要求往往較高，需要通過機(jī)械加工實(shí)現(xiàn)。在銑床或車床上加工，使用聚晶金剛石刀片或硬質(zhì)合金刀具均可，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速在2000rpm左右。單次走刀不大于1.8mm。10)表面處理。此工序旨在提高復(fù)合材料零件的抗腐蝕性能。鎂合金活性大，在大氣環(huán)境中能和氧、水及氯鹽等發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致銹蝕損壞現(xiàn)象，產(chǎn)品表面抗腐蝕性差。目前成熟的技術(shù)途徑中，微弧氧化加環(huán)氧漆防護(hù)是理想的處理工藝。具體做法是:先用超聲波清洗機(jī)清洗一次，介質(zhì)為高純度煤油，頻率為22kHz，時(shí)間15分鐘。在干燥箱內(nèi)115°C烘30分鐘。然后以1%苯甲酸鈉和1.5%鄰苯二甲酸氫鉀為添加劑，在濃度5%的堿性硼酸鹽電解液中進(jìn)行微弧氧化15分鐘，電流密度取5A/dm2，即在零件表面形成一個(gè)厚度35 μ m、結(jié)合牢固而穩(wěn)定的鈍化膜。最后將安裝部位保護(hù)后，噴涂一層厚度20 μ m左右的環(huán)氧漆并在150°C烘80分鐘即可。11)去除安裝部位的保護(hù)膠。12)尺寸與形位精度檢測。13)包裝出廠。
權(quán)利要求
1.一種輕型金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品的制造方法，其特征在于，所述的方法至少包括下述步驟:將增強(qiáng)體粉末、膠體和金屬粉末按比例混合均勻形成漿料；利用注射機(jī)將混合漿料注入模具中制成素坯。
2.如權(quán)利要求1所述的輕型金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品的制造方法，其特征在于，所述的方法包括下述步驟: (1)將金屬合金制成粉末； (2)增強(qiáng)體做預(yù)處理； (3)配制膠體； (4)將增強(qiáng)體粉末、膠體和金屬粉末按比例混合均勻； (5)利用注射機(jī)將混合漿料注入模具中制成素坯； (6)將素坯脫膠； (7)素坯燒結(jié)和合金浸滲形成 復(fù)合材料毛坯； (8)熱處理穩(wěn)定組織改善力學(xué)性能； (9)機(jī)械加工； (10)表面處理以提高抗腐蝕性能。
3.如權(quán)利要求2所述的輕型金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品的制造方法，其特征在于，所述增強(qiáng)體為碳納米管；對(duì)碳納米管做預(yù)處理的步驟為: 選直徑在10 30nm，長度約為I 10 μ m，純度85%的多壁碳納米管； 清洗提純；將碳納米管加入到2mol/L的NaOH溶液中，在80°C溫度下煮沸處理2小時(shí)后冷卻至室溫；過濾并用去離子水洗滌5次之后，在烘箱內(nèi)進(jìn)行干燥處理，放入18% wt鹽酸溶液中，煮沸2小時(shí)進(jìn)行提純，冷卻至室溫后靜置24小時(shí)再過濾、烘干，從而得到純化后的碳納米管，純度提高到95%左右； 化學(xué)鍍鎳；取Ikg硝酸鎳溶解于20kg去離子水中形成硝酸鎳溶液；稱取500g多壁碳納米管加入到重量10kg、濃度5%的碳酸氨溶液中，混合兩種溶液攪拌均勻(攪拌葉轉(zhuǎn)速2000轉(zhuǎn)/min，時(shí)間為10分鐘)，使溶液充分潤濕碳納米管。攪拌20分鐘后靜置處理24小時(shí)，過濾反應(yīng)產(chǎn)物。在150°C烘干后取出并粉碎烘干產(chǎn)物，在600°C下通氫氣還原I小時(shí)，制得表面包覆厚5nm左右金屬鎳的碳納米管。
4.如權(quán)利要求2所述的輕型金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品的制造方法，其特征在于，所述的素坯燒結(jié)和合金浸滲形成復(fù)合材料毛坯的步驟具體為:將素坯置于真空燒結(jié)爐內(nèi)，用高純氬氣保護(hù)；在100-300°C時(shí)，燒結(jié)升溫速率10°C /min ;在300-580°C溫度時(shí)，燒結(jié)升溫速率50C /min,;在5800C以上溫度時(shí)，燒結(jié)時(shí)間IOmin ;快速冷卻到固液燒結(jié)溫度，保溫6小時(shí)；隨后爐冷至室溫； 其中，在450-480°C時(shí)，保溫1-1.5小時(shí)。
5.如權(quán)利要求2所述的輕型金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品的制造方法，其特征在于，表面處理以提高抗腐蝕性能的步驟具體為: (1)清洗；使用無水酒精清洗并自然晾干。再用超聲波清洗機(jī)清洗一次，介質(zhì)為高純度煤油，頻率為22kHz，時(shí)間15分鐘； (2)在干燥箱內(nèi)115°C烘30分鐘； (3)鈍化；是將純度為99%的三氯化鈰和去離子水配成濃度1500ppm的主試劑，在攪拌機(jī)內(nèi)混合30分鐘后加入重量比5%的雙氧水并攪拌15分鐘；將產(chǎn)品浸泡28分鐘后取出，在125°C烘45分鐘后備用，此時(shí)即在零件表面形成一個(gè)厚度5 μ m、結(jié)合牢固而穩(wěn)定的鈍化膜。
(4)最后將安裝部位保護(hù)后，噴涂一層厚度20 μ m左右的環(huán)氧漆并在150°C烘80分鐘即可。
6.如權(quán)利要求1所述的輕型金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品的制造方法，其特征在于，所述的漿料由膠體、增強(qiáng)體粉末和金屬粉末按4-5: 3-4: 3-4的重量比混合均勻。
7.—種輕型金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品的漿料，其特征在于，所述的漿料由膠體、增強(qiáng)體粉末和金屬粉末按4-5: 2-4: 3-4的重量比混合均勻； 混合時(shí)采用混合機(jī)加熱至85±5°C，混料箱雙層壁之間的導(dǎo)熱油而使混合料均勻受熱，一對(duì)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的Z形葉片使混合料得到均勻混合，攪拌2小時(shí)即可。
8.如權(quán)利要求7所述的輕型金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品的漿料，其特征在于，所述的膠體至少由下述重量份的原料制成:石蠟50-55份低密度聚乙烯40-45份硬脂酸2_5份。
9.如權(quán)利要求7所述的輕型金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品的漿料，其特征在于，所述的增強(qiáng)體為碳納米管、碳化硅、陶瓷粉末中的一種；所述金屬粉末為鋁、鋁合金、鎂合金、鎂鋁合金中的一種。
全文摘要
本發(fā)明提供一種輕型金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品的制造方法及其漿料。為解決現(xiàn)有復(fù)合材料制備工藝復(fù)雜等問題而發(fā)明。所述的方法使增強(qiáng)體含量比例與精密成型性能不能匹配導(dǎo)致性價(jià)比過低的問題得以解決，能夠提高該類產(chǎn)品的綜合性能，而且生產(chǎn)周期短，成本較低，適于大面積推廣。所述的方法至少包括下述步驟將增強(qiáng)體粉末、膠體和金屬粉末按比例混合均勻形成漿料；利用注射機(jī)將混合漿料注入模具中制成素坯。利用上述方法以及漿料可以小批量生產(chǎn)大型精密航空航天零件，也可大批量生產(chǎn)汽車、列車零部件，同時(shí)生產(chǎn)成本較現(xiàn)有方法降低25％，周期縮短40％。
文檔編號(hào)B22F3/22GK103192082SQ20131008661
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者李照東, 龐曉燕, 王子亮, 張洪立 申請(qǐng)人:北京馳宇空天技術(shù)發(fā)展有限公司