專利名稱：：具有層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種具有層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料的制備方法。技術(shù)背景隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)材料性能的要求越來(lái)越高。為了更好的發(fā)揮各種材料的優(yōu)勢(shì)，研究和制備新型的復(fù)合材料成了材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。梯度復(fù)合材料是指材料的組成和結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)梯度變化，這種組成和結(jié)構(gòu)的變化可以滿足在單一材料器件內(nèi)部的不同部位實(shí)現(xiàn)不同功能的需要，從而優(yōu)化器件的整體性能。目前制備梯度復(fù)合材料的方法有物理氣相沉積法(PVD)、共沉降法、粉末冶金法、離心鑄造法、軋制復(fù)合法等。這些制備技術(shù)都一定程度上促進(jìn)了梯度材料的發(fā)展，但又存在一定的局限性。例如，物理氣相沉積法可以方便的制備多層物質(zhì)的沉積膜，但這種方法僅能得到薄的沉積膜，而且沉積速度比較慢；共沉降法是通過(guò)控制和調(diào)整每種粉末單位時(shí)間內(nèi)沉降量的變化，進(jìn)而獲得組分連續(xù)的梯度沉積體，這種方法要求選擇合適的分散劑以滿足材料的沉降需求，且制備效率較低；軋制復(fù)合法是使金屬板在軋機(jī)強(qiáng)大壓力作用下，在兩層金屬的待復(fù)合表面發(fā)生塑性變形，使表面金屬層破裂產(chǎn)生潔凈而活化的金屬層在強(qiáng)大壓力作用下實(shí)現(xiàn)平面狀的冶金結(jié)合，伹有時(shí)需要特大功率的軋機(jī)才能滿足復(fù)合要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種具有層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料的制備方法，該制備方法利用了粉末在載氣流(氦氣)中加速行為的差異，通過(guò)調(diào)節(jié)不同的噴涂工藝參數(shù)，制得的復(fù)合材料具有層狀結(jié)構(gòu)，且在單層中成分呈連續(xù)梯度變化。本發(fā)明是一種具有層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料的制備方法，包括有下列制備步驟第一步配制原材料利用分級(jí)篩篩選A粉體、B粉體，獲得A粉體、B粉體具有1040，的粒徑差異；然后將A粉體、B粉體進(jìn)行機(jī)械混合均勻后，在5085。C真空干燥箱中干燥30120min后制得原材料；第二步噴涂制層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料將第一步獲得的原材料放入噴涂設(shè)備的送粉器2中，調(diào)節(jié)噴涂工藝參數(shù),在18~25"C室溫下制得具有層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料；噴涂工藝參數(shù)為噴槍1的工作溫度為50250°C，噴槍1的工作壓力為0.3OAMi^，噴槍1的移動(dòng)速度為2550w"，噴槍1的出射口與基板4的距離/2為520wm;送粉器2的送粉量為715g/min。所述A粉體與B粉體的密度之比為1:1.54。本發(fā)明制備方法的優(yōu)點(diǎn)(1)可以一次性制備出具有層狀結(jié)構(gòu)分布的復(fù)合材料;(2)復(fù)合材料的單層(第一復(fù)合層7)中的A粉體、B粉體，由于密度和粒度不同，使得A粉先沉積在基板上，B粉成分含量呈連續(xù)梯度變化沉積A粉上；(3)噴涂生產(chǎn)工藝操作簡(jiǎn)單、操作可控，復(fù)合材料制備效率高；(4)本發(fā)明制備出的層狀梯度復(fù)合材料的厚度可以通過(guò)控制噴涂層數(shù)來(lái)改變。圖l是噴涂工藝示意圖。圖2是采用本發(fā)明方法制得的復(fù)合材料的截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是具有層狀梯度變化的Al—Fe復(fù)合材料截面金相照片。圖4是具有層狀梯度變化的Al—Ti復(fù)合材料截面金相照片。圖中l(wèi).噴槍2.送粉器3.原材料4.基板5.富鋁層6.富B材層7.第一復(fù)合層具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)參見(jiàn)圖2所示，本發(fā)明的具有層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料與基板4接觸的是富鋁層5(即富A材層)，富鋁層上是富B材層6，富鋁層5與富B材層6組成第一復(fù)合層7。本發(fā)明是一種具有層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料的制備方法，包括有下列制備步驟第一步配制原材料利用分級(jí)篩篩選A粉體、B粉體，獲得A粉體、B粉體具有1040/i附的粒徑差異；然后將A粉體、B粉體進(jìn)行機(jī)械混合均勻后，在5085"真空干燥箱中干燥30120min后制得原材料；第二步噴涂制層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料將第一步獲得的原材料放入噴涂設(shè)備的送粉器2中,調(diào)節(jié)噴涂工藝參數(shù),在18~25"C室溫下制得具有層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料；噴涂工藝參數(shù)為噴槍1的工作溫度為50250°C，噴槍1的工作壓力為0.3,噴槍1的移動(dòng)速度為2550/ww"，噴槍1的出射口與基板4的距離/z為520mm;送粉器2的送粉量為715g/min。在制備本發(fā)明的復(fù)合材料時(shí)，請(qǐng)參見(jiàn)圖1所示，根據(jù)噴涂層的材料不同將噴涂所需原料放入M^器2中，然后調(diào)節(jié)噴槍1與翻4的距離A。噴涂所用的載氣為氦氣。將經(jīng)上述方法制得的二元金屬基復(fù)合材料沿截面切割，并對(duì)截面進(jìn)行磨平拋光處理獲得光滑截面；然后用混合溶液對(duì)光滑截面進(jìn)行腐蝕，以利于金相觀察(光學(xué)顯微鏡)。所述混合溶液是在去離子水中含有體積分?jǐn)?shù)為4%的氫氟酸和2%的硝酸。實(shí)施例1:制A1—Fe復(fù)合材料第一步配制原材料選取平均粒徑為10pm的鋁粉(A粉體)，選取平均粒徑為40^m的鐵粉(B粉體)，鋁粉的密度為2.70g/^3，鐵粉的密度為7.86g/cm3。然后將鋁粉、鐵粉進(jìn)行機(jī)械混合均勻后，在85"C真空干燥箱中干燥30min后制得原材料；第二步噴涂制層狀梯度變化的Al—Fe復(fù)合材料將第一步獲得的原材料放入噴涂設(shè)備的送粉器2中，調(diào)節(jié)噴涂工藝參數(shù)，在25。C室溫下制得具有層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料；噴涂工藝參數(shù)為噴槍1的工作溫度為200°C，噴槍1的工作壓力為,噴槍1的移動(dòng)速度為50mw"，噴槍1的出射口與基板4的距離/;為13mw;送粉器2的送粉量為12g/min。將制得的Al—Fe復(fù)合材料沿截面切割，并對(duì)截面進(jìn)行磨平拋光處理獲得光滑截面；然后用混合溶液對(duì)光滑截面進(jìn)行腐蝕，以利于金相觀察。所述混合溶液是在去離子水中含有體積分?jǐn)?shù)為4%的氫氟酸和2%的硝酸。釆用光學(xué)顯微鏡對(duì)腐蝕后的截面進(jìn)行金相觀察，參見(jiàn)圖3所示，圖中，Al—Fe復(fù)合材料呈層狀結(jié)構(gòu)分布，并且在單層中材料有明顯的富Al層和富Fe層，且這兩層之間成分連續(xù)過(guò)渡。Ti復(fù)合材料第一步配制原材料選取平均粒徑為20/mz的鋁粉(A粉體)，選取平均粒徑為60/zm的鈦粉(B粉體)，鋁粉的密度為2.70g/c:附3,鈦粉的密度為4.54g/c^3。然后將鋁粉、鈦粉進(jìn)行機(jī)械混合均勻后，在5CTC真空干燥箱中干燥120min后制得原材料；第二步噴涂制層狀梯度變化的Al-Ti復(fù)合材料將第一步獲得的原材料放入噴涂設(shè)備的送粉器2中，調(diào)節(jié)噴涂工藝參數(shù)，在18"C室溫下制得具有層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料；噴涂工藝參數(shù)為噴槍1的工作溫度為IO(TC，噴槍1的工作壓力為0.35MP"，噴槍1的移動(dòng)速度為25mw〃，噴槍1的出射口與基板4的距離/為6mm;送粉器2的送粉量為7g/min。將制得的Al—Ti復(fù)合材料沿截面切割，并對(duì)截面進(jìn)行磨平拋光處理獲得光滑截面；然后用混合溶液對(duì)光滑截面進(jìn)行腐蝕，以利于金相觀察。所述混合溶液是在去離子水中含有體積分?jǐn)?shù)為4%的氫氟酸和2%的硝酸。采用光學(xué)顯微鏡對(duì)腐蝕后的截面進(jìn)行金相觀察，參見(jiàn)圖4所示，圖中，Al—Ti復(fù)合材料呈層狀結(jié)構(gòu)分布，并且在單層中材料有明顯的富Al層和富Ti層，且這兩層之間成分連續(xù)過(guò)渡。采用與實(shí)施例1相同的制備方法，用下表所列的不同密度和粒徑的粉體制備復(fù)合材料，光學(xué)顯微鏡對(duì)腐蝕后的截面進(jìn)行金相觀察，復(fù)合材料呈層狀結(jié)構(gòu)分布，并且在單層中材料有明顯的富A材層(富A1層)和富B材層，且這兩層之間成分有連續(xù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、一種具有層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括有下列制備步驟第一步配制原材料利用分級(jí)篩篩選A粉體、B粉體，獲得A粉體、B粉體具有10～40μm的粒徑差異；然后將A粉體、B粉體進(jìn)行機(jī)械混合均勻后，在50～85℃真空干燥箱中干燥30～120min后制得原材料；第二步噴涂制層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料將第一步獲得的原材料放入噴涂設(shè)備的送粉器(2)中，調(diào)節(jié)噴涂工藝參數(shù)，在18～25℃室溫下制得具有層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料；噴涂工藝參數(shù)為噴槍(1)的工作溫度為50～250℃，噴槍(1)的工作壓力為0.3～0.8MPa，噴槍(1)的移動(dòng)速度為25～50mm/s，噴槍(1)的出射口與基板(4)的距離h為5～20mm；送粉器(2)的送粉量為7～15g/min。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的二元金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于A粉體與B粉體的密度之比為1:1.54,且A粉體為鋁粉。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的二元金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于制得的復(fù)合材料中A粉體、B粉體在單層中成分呈連續(xù)梯度變化。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種具有層狀梯度變化的二元金屬基復(fù)合材料的制備方法，通過(guò)調(diào)節(jié)噴涂工藝參數(shù)噴槍(1)的工作溫度為50～250℃，噴槍(1)的工作壓力為0.3～0.8MPa，噴槍(1)的移動(dòng)速度為25～50mm/s，噴槍(1)的出射口與基板(4)的距離h為5～20mm；送粉器(2)的送粉量為7～15g/min。采用本發(fā)明的制備方法可以一次性制備出具有層狀結(jié)構(gòu)分布的復(fù)合材料，并且復(fù)合材料的單層中的A粉體、B粉體，由于密度和粒度不同，使得A粉先沉積在基板上，B粉成分含量呈連續(xù)梯度變化沉積A粉上。文檔編號(hào)C23C24/00GK101148759SQ200710176550公開(kāi)日2008年3月26日申請(qǐng)日期2007年10月30日優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日發(fā)明者濤張,焦立波,剛田,馬朝利申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)