專利名稱：一種包鋁顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于顆粒增強鋁基復合材料技術領域；特別涉及一種包鋁顆粒增強鋁基復 合材料及其制備方法。
背景技術：
顆粒增強鋁基復合材料具有比強度高、比剛度高、耐磨損、耐疲勞、熱膨脹系數(shù)小 等優(yōu)異的綜合性能，可廣泛應用于航空航天、汽車、電子、體育器材等領域。在很多應用場 合，對材料的表面性能也有特殊的要求，譬如防腐性能、電磁屏蔽性能等，顆粒增強鋁基復 合材料本身的表面并不總能滿足特定的要求。粉末冶金法是一種較為成熟的制備顆粒增強鋁基復合材料的方法。顆粒增強鋁基 復合材料中由于增強體的存在，增大了材料的冶金不均勻性，由于增強體本身可以作為腐 蝕活性中心，且可能改變基體相變動力學過程，在基體與增強體界面形成易引發(fā)腐蝕的沉 淀相，界面殘余應力和高密度位錯也易引起點蝕，使顆粒增強鋁基復合材料在腐蝕介質(zhì)中 的耐蝕性比不含增強體的基體合金差。目前，顆粒增強鋁基復合材料表面防護方法主要有 微弧氧化、陽極氧化、化學鈍化、有機涂層和化學鍍鎳等方法，而這些方法都是對電化學特 性本身就不一致的顆粒增強鋁基復合材料表面進行后期電化學處理，不僅工藝條件復雜、 表面質(zhì)量難以控制，而且容易產(chǎn)生污染，限制了顆粒增強鋁基復合材料的應用。電磁屏蔽是抑制干擾，增強電子設備可靠性及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段。合理地 使用電磁屏蔽，可以抑制外來高頻電磁波的干擾，也可以避免作為干擾源去影響其他設備。 航空、航天以及汽車行業(yè)等對輕量化的迫切要求推動了顆粒增強鋁基復合材料在其電子設 備上的應用。由于一些電子設備精度和靈敏度高，需要有良好的電磁環(huán)境，顆粒增強鋁基復 合材料本身有時并不能滿足電磁屏蔽的要求。為確保電子設備的可靠性，必須在復合材料 構(gòu)件表面制備電磁屏蔽涂層，以避免電子設備器件之間的電磁干擾以及防止雷電造成的熱 聚集作用造成破壞。目前這種電磁屏蔽涂層的制備方法主要有噴涂、電鍍、化學鍍等。由于 顆粒增強鋁基復合材料本身的冶金不均勻性，這些方法也存在著一定的局限性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于實現(xiàn)一種表面包覆純鋁的顆粒增強鋁基復合材料，以使該 復合材料具有防腐功能和電磁屏蔽功能。本發(fā)明的目的之二在于實現(xiàn)一種制備表面包覆純鋁的顆粒增強鋁基復合材料的 方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案達到的一種包鋁顆粒增強鋁基復合材料，所述包鋁顆粒增強鋁基復合材料其表面層為純 鋁層，芯部夾層為顆粒增強鋁基復合材料。在本發(fā)明的包鋁顆粒增強鋁基復合材料中，所述的包鋁顆粒增強鋁基復合材料的 表面層的厚度為0. 05 5mm。
在本發(fā)明的包鋁顆粒增強鋁基復合材料中，所述的包鋁顆粒增強鋁基復合材料的 芯部夾層的厚度的下限為1mm，如果芯部夾層的厚度低于1mm，作為芯部夾層的顆粒增強鋁 基復合材料的優(yōu)異的綜合性能就顯示不明顯；而芯部夾層的厚度的上限并沒有限定，可以 無限大，只要純鋁層能夠包覆芯部夾層就可以了，但作為包鋁顆粒增強鋁基復合材料來說， 所述的包鋁顆粒增強鋁基復合材料的芯部夾層的厚度優(yōu)選1 100mm。在本發(fā)明的包鋁顆粒增強鋁基復合材料中，所述的顆粒增強鋁基復合材料的增強 體顆粒為SiC、AlN、Al203、Si、B4C、Ti&、Si3N4和TiC顆粒中之一種或幾種之混合，其基體為 純鋁或鋁合金。一種優(yōu)選技術方案，其特征在于所述包鋁顆粒增強鋁基復合材料是粉末冶金法 真空熱壓或熱等靜壓直接包覆的。一種包鋁顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，包括下述步驟(1)將增強體顆粒與基體鋁或鋁合金粉末混合均勻制備出鋁基復合材料粉末；(2)將混合均勻的鋁基復合材料粉末裝入鋁制模套并用鋁蓋封口 ；(3)將裝有鋁基復合材料粉末的鋁制模套放入鋼制模具進行真空熱壓，真空熱壓 后脫去鋼制模具，得到包鋁顆粒增強鋁基復合材料；或者將裝有鋁基復合材料粉末的鋁制模套進行真空脫氣，真空脫氣后進行熱等靜 壓，得到包鋁顆粒增強鋁基復合材料。在本發(fā)明的一種包鋁顆粒增強鋁基復合材料的制備方法中，該方法還包括步驟 ⑷(4)將步驟( 得到的包鋁顆粒增強鋁基復合材料進行擠壓、鍛造、軋制和熱處理 中的一種或幾種的后續(xù)加工，以獲得各種規(guī)格不同和性能各異的包鋁顆粒增強鋁基復合材 料。在本發(fā)明的包鋁顆粒增強鋁基復合材料的制備方法中，在所述步驟O)中，鋁基 復合材料粉末所裝入鋁制模套的厚度為0. 05 5mm。在本發(fā)明的包鋁顆粒增強鋁基復合材料的制備方法中，在所述步驟(3)中，進行 真空熱壓的工藝條件為壓強20 200MPa，溫度400 600°C，時間2 12h。在本發(fā)明的包鋁顆粒增強鋁基復合材料的制備方法中，在所述步驟(3)中，進行 熱等靜壓的工藝條件為壓強20 200MPa，溫度400 600°C，時間2 12h。一種優(yōu)選技術方案，其特征在于所述包鋁顆粒增強鋁基復合材料是在用粉末冶 金法壓制顆粒增強鋁基復合材料的同時就包覆表面純鋁層的。一種優(yōu)選技術方案，其特征在于所述步驟(3)中所述包鋁顆粒增強鋁基復合材 料是將均勻混合后的顆粒增強鋁基復合材料粉末裝入鋁制模套中進行真空熱壓或熱等靜 壓后形成的。本發(fā)明的方法是通過真空熱壓或熱等靜壓使顆粒增強鋁基復合材料粉末致密化 的同時在高溫高壓下使鋁制模套與復合材料坯料形成冶金結(jié)合，獲得包鋁顆粒增強鋁基復 合材料。本發(fā)明的一種包鋁顆粒增強鋁基復合材料，其表面層為純鋁，芯部夾層為顆粒增 強鋁基復合材料。由于有純鋁的包覆，使得顆粒增強鋁基復合材料在后續(xù)的鍛造、擠壓、軋 制等熱加工過程中得到潤滑和保護，改善了其加工成型性能；同時由于表面純鋁與顆粒增強鋁基復合材料芯板之間形成了牢固的冶金結(jié)合，使得本發(fā)明的包鋁顆粒增強鋁基復合材 料既具有顆粒增強鋁基復合材料優(yōu)良的力學性能，又兼有純鋁的表面電化學或電磁學性 能，具有防腐及電磁屏蔽功能，既可用于力學構(gòu)件設計，又可用于電子功能器件設計，具有 廣泛的用途。本發(fā)明的實現(xiàn)這種包鋁顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，工藝路線簡潔、界面 結(jié)合牢固可靠、包鋁層和復合材料層化學成分及厚度可設計控制，可根據(jù)實際需要靈活生產(chǎn)。下面通過具體實施方式
和附圖對本發(fā)明做進一步說明，但不意味著對本發(fā)明保護 范圍的限制。
圖1為包鋁顆粒增強鋁基復合材料層狀結(jié)構(gòu)示意圖，其中標號1為表面純鋁層，標 號2為芯部顆粒增強鋁基復合材料層；圖2為顆粒增強鋁基復合材料粉末裝入鋁制模套剖面示意圖，其中標號1’為純鋁 模套，標號2’為芯部顆粒增強鋁基復合材料粉末；圖3為真空熱壓示意圖，其中標號11為真空熱壓室，標號12為裝有顆粒增強鋁基 復合材料粉末的純鋁模套和鋼制模具待壓組件，標號13為發(fā)熱元件。圖4為熱等靜壓示意圖，其中標號11’為熱等靜壓室，標號12’為裝有顆粒增強鋁 基復合材料粉末的純鋁模套待壓組件，標號13’為發(fā)熱元件。
具體實施例方式實施例1本實施例所制備的包鋁顆粒增強鋁基復合材料，如圖1所示，其表面層為表面純 鋁層1，芯部顆粒增強鋁基復合材料層2為37% vol. A1N/6061 (增強體顆粒AlN的體積百 分比為37%，余量為鋁合金基體鍛鋁6061)。其制備方法為如圖2所示，(1)將混合均勻的37% vol. A1N/6061芯部顆粒增強 鋁基復合材料粉末2’裝入壁厚為Imm的圓桶狀純鋁模套1’ ；( 蓋好純鋁蓋板后再將其整 體裝入鋼制模具中；圖3所示，在真空熱壓室11中設有發(fā)熱元件13，(3)將裝有顆粒增強鋁 基復合材料粉末的純鋁模套和鋼制模具待壓組件12裝入真空熱壓室11進行壓制，其工藝 條件為壓強30MPa，溫度600°C，時間6h，真空熱壓后脫去鋼制模具，得到包鋁顆粒增強鋁 基復合材料。實施例2本實施例所制備的包鋁顆粒增強鋁基復合材料，如圖1所示，其表面層為表面純 鋁層1，芯部顆粒增強鋁基復合材料層2為25% vol. SiCp/2009 (增強體顆粒SiCp的體積百 分比為25%，余量為鋁合金基體硬鋁2009)。其制備方法為如圖2所示，(1)將混合均勻的25% vol. SiCp/2009芯部鋁顆粒增 強鋁基復合材料粉末2’裝入壁厚為5mm的圓桶狀純鋁模套1’ ；( 蓋好純鋁蓋板后再將其 抽真空脫氣；圖4所示，在熱等靜壓室11’中設有發(fā)熱元件13’，C3)將真空脫氣后的裝有顆 粒增強鋁基復合材料粉末的純鋁模套待壓組件12’裝入熱等靜壓室11’進行壓制，其工藝條件為壓強200MPa，溫度500°C，時間池，壓制后得到包鋁顆粒增強鋁基復合材料。
權(quán)利要求
1.一種包鋁顆粒增強鋁基復合材料，其特征在于所述包鋁顆粒增強鋁基復合材料其 表面層為純鋁層，芯部夾層為顆粒增強鋁基復合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包鋁顆粒增強鋁基復合材料，其特征在于所述的包鋁顆粒 增強鋁基復合材料的表面層的厚度為0. 05 5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包鋁顆粒增強鋁基復合材料，其特征在于所述的包鋁顆粒 增強鋁基復合材料的芯部夾層的厚度1 100mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包鋁顆粒增強鋁基復合材料，其特征在于所述的顆粒增強 鋁基復合材料的增強體顆粒為SiC、A1N、A1203、Si、B4C, TiB2, Si3N4和TiC顆粒中之一種或 幾種之混合，其基體為純鋁或鋁合金。
5.一種包鋁顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，包括下述步驟(1)將增強體顆粒與基體鋁或鋁合金粉末混合均勻制備出鋁基復合材料粉末；(2)將混合均勻的鋁基復合材料粉末裝入鋁制模套并用鋁蓋封口；(3)將裝有鋁基復合材料粉末的鋁制模套放入鋼制模具進行真空熱壓，真空熱壓后脫 去鋼制模具，得到包鋁顆粒增強鋁基復合材料；或者將裝有鋁基復合材料粉末的鋁制模套進行真空脫氣，真空脫氣后進行熱等靜壓， 得到包鋁顆粒增強鋁基復合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種包鋁顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于 該方法還包括步驟(4)(4)將步驟( 得到的包鋁顆粒增強鋁基復合材料進行擠壓、鍛造、軋制和熱處理中的 一種或幾種的后續(xù)加工，以獲得各種規(guī)格不同和性能各異的包鋁顆粒增強鋁基復合材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種包鋁顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于 在所述步驟O)中，鋁基復合材料粉末所裝入鋁制模套的厚度為0. 05 5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種包鋁顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于 在所述步驟(3)中，進行真空熱壓的工藝條件為壓強20 200MPa，溫度400 600°C，時 間2 12h。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種包鋁顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于 在所述步驟(3)中，進行熱等靜壓的工藝條件為壓強20 200MPa，溫度400 600°C，時 間2 12h。
全文摘要
本發(fā)明屬于顆粒增強鋁基復合材料技術領域，特別涉及一種包鋁顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法。其特征在于所述包鋁顆粒增強鋁基復合材料其表面層為純鋁，芯部夾層為顆粒增強鋁基復合材料。所述包鋁顆粒增強鋁基復合材料是在粉末冶金法真空熱壓或熱等靜壓同時實現(xiàn)鋁包覆的。本發(fā)明的方法通過真空熱壓或熱等靜壓使顆粒增強鋁基復合材料粉末致密化的同時在高溫高壓下使鋁制模套與復合材料坯料形成冶金結(jié)合，獲得包鋁顆粒增強鋁基復合材料。所述包鋁顆粒增強鋁基復合材料可以再次進行擠壓、鍛造、軋制和熱處理中的一種或幾種的后續(xù)加工，以獲得各種規(guī)格不同和性能各異的包鋁顆粒增強鋁基復合材料，可用于有防腐或電磁屏蔽要求的場合。
文檔編號B32B15/01GK102114719SQ200910244268
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者劉彥強, 左濤, 樊建中, 馬自力, 魏少華 申請人:北京有色金屬研究總院