專利名稱：噴射共沉積準(zhǔn)晶顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種準(zhǔn)晶顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制作工藝，特別是一種噴射共沉積準(zhǔn)晶顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制作工藝，屬于鋁基復(fù)合材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
顆粒增強鋁基復(fù)合材料具有高比強、高比模、低密度、耐熱性好等特點，但復(fù)合材料中的增強相多為陶瓷顆粒如Al2O3，SiC，Si3N4，TiC，B4C，AlN等，這些物質(zhì)在制備復(fù)合材料的過程中以及材料在失去其使用價值而報廢后均將對環(huán)境產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，如陶瓷顆粒不可分解，又難于從金屬中提純，因此導(dǎo)致無法回收再利用，造成資源的浪費和對環(huán)境的污染。另外，在制備工藝上也存在著以下的缺點(1)由于陶瓷顆粒與基體金屬的不濕潤，難于制備出陶瓷粒子均勻分布的金屬基復(fù)合材料；(2)金屬與陶瓷顆粒的界面結(jié)合不良，影響到其最終的性能；(3)金屬液體與陶瓷顆?？赡馨l(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生不潔的界面，或生成其它的有害相而影響到材料的性能；(4)由于陶瓷顆粒與基體金屬的熱膨脹系數(shù)不同，在鑄造與凝固的過程中產(chǎn)生疏松導(dǎo)致材料性能的下降。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)美國Ames實驗室的Suleyman B.Biner等人在1998申報了“霧化準(zhǔn)晶顆粒增強復(fù)合材料及該材料的制備方法”的發(fā)明專利(USO5851317 Dec.22，1998).該專利采用霧化制得的AlCuFe準(zhǔn)晶顆粒來增強鋁及鋁合金，得到顆粒增強鋁基復(fù)合材料.但該專利是采用粉末冶金的方法，將準(zhǔn)晶粉末和合金粉混和均勻后通過熱等靜壓，燒結(jié)和鍛造等方法制得，工藝過程復(fù)雜，成本高。我國大連海事大學(xué)的齊育紅也用熱壓的方法制備了Al65Cu20Fe15準(zhǔn)晶顆粒增強的鋁基復(fù)合材料，但同樣工藝過程復(fù)雜，性能難于控制，造價高。

發(fā)明內(nèi)容
和
具體實施例方式
為本發(fā)明針對背景技術(shù)中的缺陷，提供一種噴射共沉積準(zhǔn)晶顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制作工藝。其制作工藝是在鋁基復(fù)合材料的材質(zhì)符合以下條件的前提下實施基體材料成分為AlaMbNc，其中，a+b+c＝100為重量百分比86≤a≤100，0≤b≤13，0≤c≤1，M表示Si，Mg，Cu，Zn中至少一種；N表示Ni，F(xiàn)e，Cr中的一種或幾種。ZrAlCuFe準(zhǔn)晶顆粒的制備采用機械球磨或高壓惰性氣體霧化的方法制取粉末，過篩后得到20-100μm的準(zhǔn)晶顆粒，其成分為AlxCuyFez，其中x+y+z＝100為原子百分比，62≤x≤67，21≤y≤26，12≤z≤15；基體熔化后，進(jìn)行噴射沉積，其工藝參數(shù)如下基體合金的溫度為870-1100℃，金屬液流量為3-6kg/min，霧化氣壓為7-12atm，沉積高度為120-300mm。
準(zhǔn)晶顆粒流態(tài)化后采用氣體輸送的方法送入噴射沉積霧化錐中，采用霧化錐內(nèi)加入或霧化錐外加入兩種方式，送粉氣壓為3-5atm。
將其與鋁合金進(jìn)行復(fù)合制備成準(zhǔn)晶增強的鋁基復(fù)合材料，在制備復(fù)合材料的過程中，因AlCuFe準(zhǔn)晶為完全的金屬成分，仍具有一定的金屬晶體結(jié)構(gòu)(準(zhǔn)周期平移有序)，因此，準(zhǔn)晶顆粒能與熔融金屬濕潤，準(zhǔn)晶顆粒能與基體金屬結(jié)合良好。準(zhǔn)晶復(fù)合材料對于失效的工件通過加熱熔化，將AlCuFe準(zhǔn)晶顆粒熔入基體金屬形成合金，可以作為中間合金進(jìn)行再次使用，不會造成資源的浪費。因此，用準(zhǔn)晶顆粒來增強鋁基復(fù)合材料是在充分考慮了先進(jìn)材料與環(huán)境相協(xié)調(diào)的因素所開發(fā)的一種新型的綠色材料。
噴射沉積把液態(tài)金屬的霧化(快速凝固)和霧化熔滴的沉積(熔滴的動態(tài)致密固化)自然地結(jié)合在一起，在一步冶金操作過程中完成。因此，是一種介于粉末冶金和鑄造之間的成形工藝。噴射共沉積則是在噴射沉積技術(shù)的基礎(chǔ)上，將增強顆粒加入到合金液的霧化錐中，在高壓霧化氣的作用下與霧化合金固液混合物一同在基體上沉積下來，從而制備出增強顆粒分布均勻、基體金屬晶粒細(xì)小的顆粒增強金屬基復(fù)合材料。
本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進(jìn)步，制備該種材料的工藝簡單操作方便，增強顆粒與合金液接觸時間短，凝固速率高，準(zhǔn)晶增強顆粒與基體金屬界面結(jié)合良好，且能彌散均勻分布在基體金屬內(nèi)，從而制備出具有良好的綜合性能的金屬基復(fù)合材料，工件失效后可以通過重熔回收再利用，有利于環(huán)保。
以下提供四個實施例

這四種材料的力學(xué)性能如下表

權(quán)利要求
1.一種噴射共沉積準(zhǔn)晶顆粒增強鋁基復(fù)合材料，其特征在于制作工藝在鋁基復(fù)合材料的材質(zhì)符合以下條件的前提下實施基體材料成分為AlaMgbCucMd，其中，a+b+c+d＝100為重量百分比AlaMbNc，其中，a+b+c＝100為重量百分比86≤a≤100，0≤b≤13，0≤c≤1，M表示Si，Mg，Cu，Zn中至少一種；N表示Ni，F(xiàn)e，Cr中的一種或幾種；AlCuFe準(zhǔn)晶顆粒的制備采用機械球磨或高壓惰性氣體霧化的方法制取粉末，過篩后得到20-100μm的準(zhǔn)晶顆粒，其成分為AlxCuyFez，其中x+y+z＝100為原子百分比，62≤x≤67，21≤y≤26，12≤z≤15；基體熔化后，進(jìn)行噴射沉積，其工藝參數(shù)如下基體合金的溫度為870-1100℃，金屬液流量為3-6kg/min，霧化氣壓為7-12atm，沉積高度為120-300mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種噴射共沉積準(zhǔn)晶顆粒增強鋁基復(fù)合材料，其特征是準(zhǔn)晶顆粒流態(tài)化后采用氣體輸送的方法送入噴射沉積霧化錐中，采用霧化錐內(nèi)加入或霧化錐外加入兩種方式，送粉氣壓為2-5atm。
全文摘要
噴射共沉積準(zhǔn)晶顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制作工藝在鋁基復(fù)合材料的材質(zhì)符合以下條件的前提下實施:基體材料為:Al
文檔編號C22C1/04GK1363706SQ01142618
公開日2002年8月14日 申請日期2001年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月11日
發(fā)明者徐洲, 李小平, 王碩 申請人:上海交通大學(xué)