澆鑄成型過程中完成的；中頻感應(yīng)熔煉爐為立式，中頻感應(yīng)熔煉爐1 的底部為爐座2,內(nèi)部為爐腔3,在爐腔3內(nèi)底部設(shè)有工作臺6,在工作臺6上置放石墨熔煉 坩堝7,石墨熔煉坩堝7外部由中頻感應(yīng)加熱器8環(huán)繞，石墨熔煉坩堝7內(nèi)為合金熔液9 ;在 中頻感應(yīng)爐1的右上部設(shè)有出氣管4,并由出氣閥5控制；在中頻感應(yīng)熔煉爐1的左部設(shè)有 氬氣瓶15,氬氣瓶15上設(shè)有氬氣管16、氬氣閥17,氬氣管16連接底吹電機(jī)11，底吹電機(jī)11 連接底吹管12,底吹管12穿過爐座2、工作臺6通入石墨熔煉坩堝7內(nèi)，并對合金熔液9進(jìn) 行熔煉底吹；在爐座2的右下部設(shè)有真空泵13,并通過真空管14連通爐腔3 ;在中頻感應(yīng)熔 煉爐1的右部設(shè)有電控箱18,在電控箱18上設(shè)有顯示屏19、指示燈20、電源開關(guān)21、中頻 加熱調(diào)控器22、底吹電機(jī)調(diào)控器23、真空泵調(diào)控器24 ;電控箱18通過第一電纜25連接中 頻感應(yīng)加熱器8 ;電控箱18通過第二電纜26連接底吹電機(jī)11、真空泵13 ;爐腔3內(nèi)由氬氣 10充填；爐腔3內(nèi)的壓強由出氣管4、出氣閥5控制。
[0067] 圖2所示，為準(zhǔn)晶增強型鋁基復(fù)合材料橫切面形貌圖，圖中所示，當(dāng)加入2. 5% Al63Cu25Fe1J^準(zhǔn)晶顆粒之后，經(jīng)過掃描電鏡發(fā)現(xiàn)共晶Si在復(fù)合材料中分布變得細(xì)小，這與 金相組織得到的結(jié)果吻合。
[0068] 圖3所示，準(zhǔn)晶增強型鋁基復(fù)合材料金相顯微組織圖，圖中所示，加入準(zhǔn)晶粉末之 后，復(fù)合材料的微觀組織圖中，板狀或者柱狀的初生a-Al-次枝晶明顯變細(xì)，二次臂變 短，三次晶分枝已經(jīng)不明顯，基本上消失，而且發(fā)達(dá)的樹枝晶已演變成為薔薇狀的枝晶形 態(tài)。此外，共晶Si的長條狀經(jīng)過擠壓后被打散變?yōu)榉稚⒌胤植荚跇渲χg。從高倍圖可知 共晶硅由細(xì)長的針狀被打斷變得細(xì)小，而且分布比較均勻。
[0069]圖4,準(zhǔn)晶增強型鋁基復(fù)合材料衍射強度圖譜，圖中所示，鋁基復(fù)合材料中存在準(zhǔn) 晶I相。
【主權(quán)項】
1. 一種準(zhǔn)晶增強型鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：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為計量單位 鋁合金：ZAlSi7Mg， 固態(tài)塊體， 2000g±lg 錯銅鐵準(zhǔn)晶：Al63Cu25Fei2，固態(tài)顆粒， 50g±lg 氧化鋅：ZnO 100g士 1g 水玻璃：Na2Si〇3,9H2〇 50g士lg A1 300mmx().5mmx300mm 丙酮：C3H60 600mL士lOmL 上離了?水：H20 lOOOmL士50mL ?氣：Ar 1OOOOOc.m3士 100c.m3 制備方法如下： (1) 制備澆鑄、擠壓模具 饒鑄、擠壓模具為圓筒形，用石墨材料制作，模具型腔尺寸為①l〇〇_X200_，型腔表 面粗糙度為RaO. 08-0. 16ym; (2) 配制涂覆劑 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，攪拌時間80min; 攪拌后成乳白色懸浮狀液體，即涂覆劑； (3) 預(yù)處理鋁銅鐵準(zhǔn)晶 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，球磨時間4h，球磨后成 細(xì)粉； 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； 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 間lOOrnin，成混合液； 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； 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100°c，真 空度8Pa，干燥時間60min，干燥后成鋁銅鐵準(zhǔn)晶細(xì)粉； (4) 預(yù)處理鋁合金 ① 將錯合金塊體用機(jī)械切制成小塊體，小塊體尺寸< 50mmX50mmX50mm; ② 用鋁箔包覆切割后的鋁合金塊； 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)熱時間 50min； (5) 熔煉制備準(zhǔn)晶增強型鋁基復(fù)合材料 準(zhǔn)晶增強型鋁基復(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； ① 清洗、預(yù)熱和內(nèi)表面涂覆圓筒形模具 用丙酮清洗圓筒形模具型腔，使之潔凈； 均勻涂覆圓筒形模具型腔表面，涂覆層厚度1mm; 將圓筒形模具置于干燥箱中預(yù)熱，預(yù)熱溫度180°C; 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； 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； ④ 關(guān)閉中頻感應(yīng)熔煉爐，并密閉； 開啟真空泵，抽取爐內(nèi)空氣，使?fàn)t內(nèi)壓強彡l〇Pa; 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; 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l〇〇〇C3/min，使 爐內(nèi)壓強保持在〇.〇45Mpa，并由出氣管閥調(diào)控； 繼續(xù)加熱熔煉，熔煉溫度720°C±5°C，在此溫度恒溫保溫20min; ⑥ 澆鑄 關(guān)閉氬氣底吹管，除去坩堝內(nèi)熔液表面熔渣； 對準(zhǔn)預(yù)熱的筒形模具澆口，進(jìn)行澆鑄，鑄滿為止； ⑦ 冷卻，將澆鑄了合金熔液的模具在空氣中冷卻至430°C; (6) 擠壓 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，擠壓壓強為lOOMpa，加壓時間為20s; 擠壓后即為準(zhǔn)晶增強型鋁基復(fù)合材料； (7) 脫模，冷卻，擠壓后繼續(xù)施壓，使鑄件脫出，空氣中冷卻至25°C; (8) 檢測、分析、表征 對制備的準(zhǔn)晶增強型鋁基復(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； 用掃描電鏡進(jìn)行形貌分析； 用金相分析儀進(jìn)行金相組織分析； 用X射線衍射儀進(jìn)行XRD分析； 用微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)進(jìn)行抗拉強度分析； 用布氏硬度計進(jìn)行硬度分析； 結(jié)論：準(zhǔn)晶增強型鋁基復(fù)合材料為塊體，硬度達(dá)82. 6HB，提高61. 33% ;抗拉強度達(dá)到 283Mpa，提尚74. 75 %，耐腐蝕性提尚30 %。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種準(zhǔn)晶增強型鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于： 準(zhǔn)晶增強型鋁基復(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； 中頻感應(yīng)熔煉爐為立式，中頻感應(yīng)熔煉爐（1)的底部為爐座（2)，內(nèi)部為爐腔（3)，在爐 腔（3)內(nèi)底部設(shè)有工作臺（6)，在工作臺（6)上置放石墨熔煉坩堝（7)，石墨熔煉坩堝（7) 外部由中頻感應(yīng)加熱器（8)環(huán)繞，石墨熔煉坩堝（7)內(nèi)為合金熔液（9);在中頻感應(yīng)爐（1) 的右上部設(shè)有出氣管（4)，并由出氣閥（5)控制；在中頻感應(yīng)熔煉爐（1)的左部設(shè)有氬氣瓶 (15)，氬氣瓶（15)上設(shè)有氬氣管（16)、氬氣閥（17)，氬氣管（16)連接底吹電機(jī)（11)，底吹 電機(jī)（11)連接底吹管（12)，底吹管（12)穿過爐座（2)、工作臺（6)通入石墨熔煉坩堝（7) 內(nèi)，并對合金熔液（9)進(jìn)行熔煉底吹；在爐座（2)的右下部設(shè)有真空泵（13)，并通過真空管 (14)連通爐腔（3);在中頻感應(yīng)熔煉爐⑴的右部設(shè)有電控箱（18)，在電控箱（18)上設(shè)有 顯示屏（19)、指示燈（20)、電源開關(guān)（21)、中頻加熱調(diào)控器（22)、底吹電機(jī)調(diào)控器（23)、真 空泵調(diào)控器（24);電控箱（18)通過第一電纜（25)連接中頻感應(yīng)加熱器（8);電控箱（18) 通過第二電纜（26)連接底吹電機(jī)（11)、真空泵（13);爐腔（3)內(nèi)由氬氣（10)充填；爐腔 (3)內(nèi)的壓強由出氣管（4)、出氣閥（5)控制。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)晶增強型鋁基復(fù)合材料的制備方法，是針對鋁基材料存在硬度低、抗拉強度低、耐腐蝕性能差的情況，以鋁合金為基體，鋁銅鐵準(zhǔn)晶為增強劑，經(jīng)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，制備的準(zhǔn)晶增強型鋁基復(fù)合材料硬度達(dá)82.6HB，提高61.33％，抗拉強度達(dá)到283Mpa，提高74.75％，耐腐蝕性提高30％，是十分理想的準(zhǔn)晶增強型鋁基復(fù)合材料的制備方法。
【IPC分類】C22C21-02, C22C1-03, B22D27-11
【公開號】CN104611596
【申請?zhí)枴緾N201510049734
【發(fā)明人】趙宇宏, 楊玲, 楊曉敏, 張峰浩, 侯華, 靳玉春
【申請人】中北大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月30日