一種鋁銅鐵準晶與碳化硅混合增強型鋁基復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋁銅鐵準晶與碳化硅混合增強型鋁基復合材料的制備方法，屬有 色金屬材料制備及應用的技術領域。
【背景技術】
[0002] 鋁合金是有色金屬合金，具有較好的強度、韌性、導電導熱性能，常用作結(jié)構(gòu)材料， 在航空航天、電子工業(yè)、汽車制造領域得到了較廣泛的應用；但鋁合金硬度較低、抗拉強度 低、耐腐蝕性差，使其在工業(yè)上應用受到了較大的局限。
[0003] 準晶材料具有脆性、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，可做復合材料的增強 相，使復合材料的力學性能得到提高。
[0004] 碳化硅具有價格低廉、耐磨性能高，可直接鑄造成型的優(yōu)點，碳化硅生產(chǎn)成本低， 可在汽車、航天、軍事工業(yè)中用作結(jié)構(gòu)件和耐磨件使用。
[0005] 目前，用鋁銅鐵準晶與碳化硅混合做增強相制備鋁基復合材料還處于研宄階段， 其工藝技術還有待提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的
[0007] 本發(fā)明的目的是針對【背景技術】的情況，以鋁合金為基體，鋁銅鐵準晶與碳化硅為 增強劑，經(jīng)在真空熔煉爐熔煉、鑄造和熱處理，制成鋁銅鐵準晶與碳化硅混合增強型鋁基復 合材料，以提高鋁基復合材料的力學性能，擴展應用范圍。
[0008] 技術方案
[0009] 本發(fā)明使用的化學物質(zhì)材料為：鋁合金、鋁銅鐵準晶、碳化硅、氧化鋅、水玻璃、鋁 箔、石墨、丙酮、去離子水、氬氣，其組合準備用量如下：以克、毫升、厘米 3為計量單位
[0010]
【主權項】
1. 一種鋁銅鐵準晶與碳化硅混合增強型鋁基復合材料的制備方法，其特征在于：使用 的化學物質(zhì)材料為：鋁合金、鋁銅鐵準晶、碳化硅、氧化鋅、水玻璃、鋁箔、石墨、丙酮、去離子 水、氬氣，其組合準備用量如下：以克、毫升、厘米 3為計量單位 鋁合金：ZAlSi7Mg， 固態(tài)塊體， 3800g±lg 錯銅鐵準晶：AloCitoFen，固態(tài)顆粒， 50g=tlg 碳化硅：SiC, 固態(tài)顆粒， 50g士Ig 氧化鋅：ZnO 固態(tài)粉體 100g士Ig 水玻璃：Na2SiO3AH2O 固態(tài)粉體 25g士Ig ,JcuW\x Al 丨邊丨態(tài)紙狀 2000mmx0.5mm><2000mm Tl塑：C 固態(tài)塊體 （I)200mm><400mm 丙酮：C3H6O 液態(tài)液體 800mL±10mL 上-離了水：H2O 液態(tài)液體 1000mL±50mL ?氣：Ar 氣態(tài)氣體 100000cm3士 100 cm3 制備方法如下： (1) 制備澆鑄模具 饒鑄模具為圓筒形，用石墨材料制作，模具型腔尺寸為Φ 1〇〇_X 200_，型腔表面粗糙 度為 Ra0.0 8-0. 16 μπι ; (2) 配制涂覆劑 稱取氧化鋅l〇〇g± lg、水玻璃25g± lg，量取去離子水600mL±5mL，加入混漿機中進行 攪拌，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)50r/min，攪拌時間IOOmin ; 攪拌后成乳白色懸浮狀液體，即涂覆劑； (3) 預處理鋁銅鐵準晶與碳化硅 ① 球磨，稱取錯銅鐵準晶50g±lg、碳化娃50g±lg，置于球磨機的球磨罐內(nèi)混合，進行 球磨，球磨時間5h，球磨后成混合細粉； ② 超聲波分散清洗，將球磨后的混合細粉置于燒杯中，然后加入丙酮400mL，混合； 將燒杯置于超聲波分散儀中，進行超聲波分散清洗，超聲波頻率28kHz，超聲波分散時 間lOOmin，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200°C，真 空度8Pa，干燥時間60min，干燥后成鋁銅鐵準晶與碳化硅混合細粉； (4) 預處理鋁合金 ① 將錯合金塊體用機械切制成小塊，小塊尺寸< 50mmX50mmX50mm ; ② 用鋁箔包覆切割后的鋁合金塊； ③ 預熱，將包覆的鋁合金塊置于加熱爐內(nèi)預熱，預熱溫度200°C，預熱時間60min ; (5)熔煉鋁銅鐵準晶與碳化硅混合增強型鋁基復合材料 準晶與碳化硅混合增強型鋁基復合材料的熔煉是在中頻感應熔煉爐內(nèi)進行的，是在中 頻感應加熱、抽真空、氬氣底吹、澆鑄成型過程中完成的； ① 預處理圓筒形石墨模具 用丙酮清洗圓筒形石墨模具型腔，使之潔凈； 用配置的涂覆劑均勻涂覆圓筒形石墨模具型腔表面，涂覆層厚度Imm ; 將圓筒形石墨模具置于干燥箱中預熱，預熱溫度200°C ; ② 打開中頻感應熔煉爐，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3800g± Ig置于坩堝底部，將鋁銅鐵準晶50g± lg、碳化硅 50g±lg置于鋁合金塊上部； ④ 關閉中頻感應熔煉爐，并密閉； 開啟真空泵，抽取爐內(nèi)空氣，使爐內(nèi)壓強彡IOPa; 開啟中頻感應熔煉爐加熱器，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 關閉氬氣底吹管，除去坩堝內(nèi)熔液表面熔渣； 對準預熱的筒形模具澆口，進行澆鑄，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25°C ; ⑧ 冷卻后開模，即為鋁銅鐵準晶與碳化硅混合增強型鋁基復合材料； (11) 鑄件熱處理 將鑄件放入真空熱處理爐內(nèi)進行熱處理，熱處理溫度535°C ±5°C，真空度8Pa，恒溫保 溫8h固熔； (12) 熱處理后，將鑄件快速放入中溫冷卻水槽內(nèi)，進行65°C水淬火，淬火時間45s ; (13) 淬火后將鑄件放入熱處理爐內(nèi)進行時效處理，處理溫度180°C ±5°C，保溫時間 6h ； (14) 清洗，將鑄件面用丙酮清洗，使各面潔凈； (15) 檢測、分析、表征 對制備的鋁銅鐵準晶與碳化硅混合增強型鋁基復合材料的色澤、金相組織、力學性能 進行檢測、分析、表征； 用X射線衍射儀進行XRD分析； 用微機控制電子萬能試驗機進行抗拉強度分析； 用布氏硬度計進行硬度分析； 結(jié)論：鋁銅鐵準晶與碳化硅混合增強型鋁基復合材料為塊體，硬度達80. 3HB，提高 50. 64% ;抗拉強度達285Mpa，提高60. 42%，耐腐蝕性提高40%。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種鋁銅鐵準晶與碳化硅混合增強型鋁基復合材料的制備 方法，其特征在于： 鋁銅鐵準晶與碳化硅混合增強型鋁基復合材料的熔煉是在中頻感應熔煉爐內(nèi)進行的， 是在中頻感應加熱、抽真空、氬氣底吹、澆鑄成型過程中完成的；中頻感應熔煉爐為立式，中 頻感應熔煉爐（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)外部由中頻感應加熱器（8)環(huán) 繞，石墨熔煉坩堝（7)內(nèi)為鋁銅鐵準晶與碳化硅混合增強型鋁基復合材料熔液（9);在中頻 感應爐（1)的右上部設有出氣管（4)，并由出氣閥（5)控制；在中頻感應熔煉爐（1)的左部 設有氬氣瓶（15)，氬氣瓶（15)上設有氬氣管（16)、氬氣閥（17)，氬氣管（16)連接底吹電 機（11)，底吹電機（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)，并對鋁銅鐵準晶與碳化硅混合增強型鋁基復合材料熔液（9)進行熔煉底 吹；在爐座（2)的右下部設有真空泵（13)，并通過真空管（14)連通爐腔（3);在中頻感應熔 煉爐⑴的右部設有電控箱（18)，在電控箱（18)上設有顯示屏（19)、指示燈（20)、電源開 關（21)、中頻加熱調(diào)控器（22)、底吹電機調(diào)控器（23)、真空泵調(diào)控器（24);電控箱（18)通 過第一電纜（25)連接中頻感應加熱器（8);電控箱（18)通過第二電纜（26)連接底吹電機 (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)調(diào)控。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋁銅鐵準晶與碳化硅混合增強型鋁基復合材料的制備方法，是針對鋁基材料硬度低、抗拉強度低的情況，以鋁合金為基體，鋁銅鐵準晶與碳化硅為增強劑，經(jīng)中頻感應熔煉爐熔煉、氬氣底吹保護、澆鑄、真空熱處理，制成鋁銅鐵準晶與碳化硅混合增強型鋁基復合材料，此制備方法工藝先進，工序嚴密，數(shù)據(jù)精確翔實，制備的鋁銅鐵準晶與碳化硅增強型鋁基復合材料硬度達80.3HB，提高50.64％，抗拉強度達到285Mpa，提高60.42％，耐腐蝕性提高40％，是十分理想的鋁銅鐵準晶與碳化硅混合增強型鋁基復合材料的制備方法。
【IPC分類】C22F1-043, C22C1-03, C22C21-02
【公開號】CN104878232
【申請?zhí)枴緾N201510296735
【發(fā)明人】趙宇宏, 張峰浩, 侯華, 田晉忠, 楊玲, 靳玉春
【申請人】中北大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月2日