一種準(zhǔn)晶增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)晶增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料的制備方法，屬有色金屬材料制備及應(yīng) 用的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁合金是有色金屬合金，具有較好的強(qiáng)度、韌性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，常用作結(jié)構(gòu)材料， 在航空航天、電子工業(yè)、汽車制造領(lǐng)域得到了較廣泛的應(yīng)用；但鋁合金硬度較低、抗拉強(qiáng)度 低、耐腐蝕性差，使其在工業(yè)上應(yīng)用受到了較大的局限。
[0003] 準(zhǔn)晶是一種具有長程準(zhǔn)周期性平移序和非晶體學(xué)旋轉(zhuǎn)對稱性的固態(tài)有序相，準(zhǔn)晶 材料具有脆性、金相組織疏松的缺陷，很難用作結(jié)構(gòu)材料，但準(zhǔn)晶具有高硬度、不粘性、低膨 脹系數(shù)、耐磨、耐熱、耐腐蝕、低摩擦系數(shù)的綜合性能，可做復(fù)合材料的增強(qiáng)相，使復(fù)合材料 的力學(xué)性能得到提高。
[0004] 目前，用準(zhǔn)晶做增強(qiáng)相制備鋁基復(fù)合材料還處于研宄階段，其工藝技術(shù)還有待提 尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的
[0006] 本發(fā)明的目的是針對【背景技術(shù)】的情況，以鋁合金為基體，鋁銅鐵準(zhǔn)晶為增強(qiáng)劑，經(jīng) 在真空熔煉爐熔煉、鑄造、擠壓，制成準(zhǔn)晶增強(qiáng)性鋁基復(fù)合材料，以提高鋁基復(fù)合材料的力 學(xué)性能。
[0007] 技術(shù)方案
[0008] 本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)材料為：鋁合金、鋁銅鐵準(zhǔn)晶、氧化鋅、水玻璃、鋁箔、丙酮、 去離子水、氬氣，其組合準(zhǔn)備用量如下：以克、毫升、厘米 3為計(jì)量單位
[0009] 鋁合金：ZAlSi7Mg， 固態(tài)塊體， 2000g士Ig 錯(cuò)銅鐵準(zhǔn)晶：Al63Cii25Fei2，固態(tài)顆粒， 50g士Ig 氧化鋅：ZnO IOOg士Ig 水玻璃：Na2SiO3AH2O 50g士 Ig 鋁箔：Al 300mmx0.5mmx300mm 丙酮：C3H6O 600mL士 IOmL 丄-離 了-水：H2O I OOOmL士50mL 氬氣：Ar I OOOOOcm3士 100 cm3
[0010] 制備方法如下：
[0011] (1)制備澆鑄、擠壓模具
[0012] 饒鑄、擠壓模具為圓筒形，用石墨材料制作，模具型腔尺寸為Φ IOOmmX 200mm，型 腔表面粗糙度為RaO. 08-0. 16 μ m ;
[0013] (2)配制涂覆劑
[0014] 稱取氧化鋅50g±lg、水玻璃10g±lg，量取去離子水500mL±5mL，加入混漿機(jī)中 進(jìn)行攪拌，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)50r/min，攪拌時(shí)間80min ;
[0015] 攪拌后成乳白色懸浮狀液體，即涂覆劑；
[0016] (3)預(yù)處理鋁銅鐵準(zhǔn)晶
[0017] ①球磨，將鋁銅鐵準(zhǔn)晶顆粒置于球磨機(jī)的球磨罐內(nèi)，進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間4h，球磨 后成細(xì)粉；
[0018] ②超聲波分散清洗，將球磨后的細(xì)粉置于燒杯中，然后加入丙酮300mL，混合；
[0019] 將燒杯置于超聲波分散儀中，進(jìn)行超聲波分散清洗，超聲波頻率28kHz，超聲波分 散時(shí)間lOOmin，成混合液；
[0020] ③抽濾，將混合液置于抽濾瓶的布式漏斗中，用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，留存濾餅，棄 去清洗液；
[0021] ④真空干燥，將濾餅置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥溫度 IKTC，真空度8Pa，干燥時(shí)間60min，干燥后成鋁銅鐵準(zhǔn)晶細(xì)粉；
[0022] (4)預(yù)處理鋁合金
[0023] ①將錯(cuò)合金塊體用機(jī)械切制成小塊體，小塊體尺寸< 50mm X 50mm X 50mm ;
[0024] ②用鋁箔包覆切割后的鋁合金塊；
[0025] ③預(yù)熱，將包覆的鋁合金塊置于加熱爐內(nèi)預(yù)熱，預(yù)熱溫度200°C ±5°C，預(yù)熱時(shí)間 50min ；
[0026] (5)熔煉制備準(zhǔn)晶增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料
[0027] 準(zhǔn)晶增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料的熔煉是在中頻感應(yīng)熔煉爐內(nèi)進(jìn)行的，是在中頻感應(yīng)加 熱、抽真空、氬氣底吹、澆鑄成型過程中完成的；
[0028] ①清洗、預(yù)熱和內(nèi)表面涂覆圓筒形模具
[0029] 用丙酮清洗圓筒形模具型腔，使之潔凈；
[0030] 均勻涂覆圓筒形模具型腔表面，涂覆層厚度Imm ;
[0031] 將圓筒形模具置于干燥箱中預(yù)熱，預(yù)熱溫度180°C ;
[0032] ②打開中頻感應(yīng)熔煉爐，清理石墨熔煉坩堝內(nèi)部，并用丙酮清洗，使坩堝內(nèi)部潔 凈；
[0033] ③將包覆鋁箔的鋁合金塊2000g±lg置于坩堝底部，將鋁銅鐵準(zhǔn)晶細(xì)粉50g±lg 置于鋁合金塊上部；
[0034] ④關(guān)閉中頻感應(yīng)熔煉爐，并密閉；
[0035] 開啟真空泵，抽取爐內(nèi)空氣，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)彡IOPa ;
[0036] 開啟中頻感應(yīng)熔煉爐加熱器，開始加熱，加熱溫度600°C ±5°C ;
[0037] ⑤在石墨坩堝底部通入氬氣底吹管，向坩堝內(nèi)輸入氬氣，氬氣底吹速度IOOOC3/ min，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)保持在0. 045Mpa，并由出氣管閥調(diào)控；
[0038] 繼續(xù)加熱熔煉，熔煉溫度720°C ±5°C，在此溫度恒溫保溫20min ;
[0039] ⑥饒鑄
[0040] 關(guān)閉氬氣底吹管，除去坩堝內(nèi)熔液表面熔渣；
[0041] 對準(zhǔn)預(yù)熱的筒形模具澆口，進(jìn)行澆鑄，鑄滿為止；
[0042] ⑦冷卻，將澆鑄了合金熔液的模具在空氣中冷卻至430°C ;
[0043] (6)擠壓
[0044] 將澆鑄后的圓筒形模具移入擠壓機(jī)上，用圓柱形擠壓棒，對準(zhǔn)圓筒形模具內(nèi)鑄塊 進(jìn)行擠壓，擠壓壓強(qiáng)為lOOMpa，擠壓時(shí)間20s ;
[0045] 擠壓后即為準(zhǔn)晶增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料；
[0046] (7)脫模，冷卻，擠壓后繼續(xù)施壓，使鑄件脫出，在空氣中冷卻至25°C ;
[0047] (8)檢測、分析、表征
[0048] 對制備的準(zhǔn)晶增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料的形貌、色澤、金相組織、力學(xué)性能進(jìn)行檢測、 分析、表征；
[0049] 用掃描電鏡進(jìn)行形貌分析；
[0050] 用金相分析儀進(jìn)行金相組織分析；
[0051] 用X射線衍射儀進(jìn)行XRD分析；
[0052] 用微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗拉強(qiáng)度分析；
[0053] 用布氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度分析；
[0054] 結(jié)論：準(zhǔn)晶增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料為塊體，硬度達(dá)82. 6HB，提高61. 33% ;抗拉強(qiáng)度 達(dá)283Mpa，提尚74. 75 %，耐腐蝕性提尚30 %。
[0055] 有益效果
[0056] 本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比具有明顯的先進(jìn)性，是針對鋁基材料存在硬度低、抗拉強(qiáng) 度低的情況，以鋁合金為基體、鋁銅鐵準(zhǔn)晶為增強(qiáng)劑，經(jīng)在真空熔煉爐熔煉，氬氣底吹保 護(hù)、澆鑄、擠壓，制成準(zhǔn)晶增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料，此制備方法工藝先進(jìn)，工序嚴(yán)密，數(shù)據(jù)精 確翔實(shí)，制備的準(zhǔn)晶增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料硬度硬度達(dá)82. 6HB，提高61. 33% ;抗拉強(qiáng)度達(dá) 283Mpa，提尚74. 75 %，耐腐蝕性提尚30 %，是十分理想的準(zhǔn)晶增強(qiáng)型錯(cuò)基復(fù)合材料的制備 方法。
【附圖說明】
[0057] 圖1，準(zhǔn)晶增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料熔煉狀態(tài)圖；
[0058] 圖2,準(zhǔn)晶增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料橫切面形貌圖；
[0059] 圖3,準(zhǔn)晶增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料金相顯微組織圖；
[0060] 圖4,準(zhǔn)晶增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料衍射強(qiáng)度圖譜；
[0061] 圖中所示，附圖標(biāo)記清單如下：
[0062] 1、中頻感應(yīng)熔煉爐，2、爐座，3、爐腔，4、出氣管，5、出氣閥，6、工作臺(tái)，7、石墨熔煉 坩堝，8、中頻感應(yīng)加熱器，9、合金溶液，10、氬氣，11、底吹電機(jī)，12、底吹管，13、真空泵，14、 真空管，15、氬氣瓶，16、氬氣管，17、氬氣閥，18、電控箱，19、顯不屏，20、指不燈，21、電源開 關(guān)，22、中頻加熱調(diào)控器，23、底吹電機(jī)調(diào)控器，24、真空泵調(diào)控器，25、第一電纜，26、第二電 纜。
【具體實(shí)施方式】
[0063] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：
[0064] 圖1所示，為準(zhǔn)晶增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料的熔煉狀態(tài)圖，各部位置要正確，按量配 比，按序操作。
[0065] 制備使用的化學(xué)物質(zhì)材料的量值是按預(yù)先設(shè)置的范圍確定的，以克、毫升、厘米3 為計(jì)量單位。
[0066] 準(zhǔn)晶增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料的熔煉是在中頻感應(yīng)熔煉爐內(nèi)進(jìn)行的，是在中頻感應(yīng)加 熱、抽真空、氬氣底吹、