專利名稱：摩擦擠壓復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的制備方法，尤其涉及一種摩擦擠壓復(fù)合材料的 方法。
背景技術(shù)：
顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料被譽(yù)為21世紀(jì)的新材料，不但具有金屬塑性韌性 好、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好的特點(diǎn)，而且同時(shí)具有陶瓷顆粒硬度高、剛度大、耐高溫、 耐磨損的優(yōu)點(diǎn)，從而顯示出單一的金屬基體或陶瓷顆粒所不可比擬的優(yōu)異性能 [1]，廣泛用于航空航天、軍事、電子等先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。目前，金屬基復(fù)合材料 有鋁基、鎂基、鈦基、高溫合金基、銅基等多種材料，添加的顆粒也有硬質(zhì)顆 粒、軟質(zhì)顆粒等。例如，陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料可以顯著提高基體材料的 強(qiáng)度和抗變形能力，并使鋁基復(fù)合材料具有更好耐磨性，并且熱膨脹性能也明 顯改善。這類鋁基復(fù)合材料主要用于制作航空、航天結(jié)構(gòu)件，電子殼體和基板， 以及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等；軟質(zhì)顆粒一般都是很好的潤滑體，軟質(zhì)顆粒增強(qiáng)的鋁基合 材料具有好的減磨和減振性能，主要用于制作發(fā)動(dòng)機(jī)的缸套，軸瓦以及各種機(jī) 座。研究者開發(fā)了多種顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法，這些方法各有其 優(yōu)點(diǎn)及適用范圍。例如1)顆粒性質(zhì)的影響。當(dāng)?shù)诙囝w粒與基體潤濕性不 好時(shí)，易于團(tuán)聚并影響復(fù)合材料的機(jī)械性能，或降低復(fù)合材料的導(dǎo)電率。2) 顆粒尺寸的影響。顆粒尺寸過小時(shí)，同樣易于團(tuán)聚，因此目前廣泛采用的液相 法制備顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中第二相顆粒尺寸還只能在微米量級(jí)。3)雙 相顆?；蚨嘞囝w粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，可以通過調(diào)節(jié)不同顆粒的比例，適當(dāng) 地調(diào)節(jié)復(fù)合材料的密度及其性能，如導(dǎo)電率等。但是當(dāng)各顆粒的性質(zhì)、粒度等 不同時(shí)，用通常的制備方法會(huì)使復(fù)合材料中的顆粒偏聚，顆粒分布不均，難于獲得設(shè)計(jì)的復(fù)合材料的成分與性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種摩擦擠壓復(fù)合材料的方法，克服現(xiàn)有技術(shù)制造 復(fù)合材料的不足，線路先進(jìn)、可靠、產(chǎn)品質(zhì)量易于控制、連續(xù)性好、生產(chǎn)效率 高并具有顯著經(jīng)濟(jì)效益的塊狀復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，其特征是方法為形成一中間有高速旋轉(zhuǎn)摩擦頭、 摩擦頭周邊有細(xì)小縫隙的金屬流動(dòng)通道；在其一端放置由基體材料和增強(qiáng)相顆 粒組成的待復(fù)合材料，增強(qiáng)顆粒通過在基體材料上開的槽或孔加入；擠壓棒加 壓使待復(fù)合材料擠向高速旋轉(zhuǎn)的摩擦頭，與摩擦頭接觸的材料摩擦發(fā)熱并處于 塑性狀態(tài)，塑性化的金屬與增強(qiáng)相顆粒被旋轉(zhuǎn)的摩擦頭破碎并在其帶動(dòng)下由摩 擦頭兩側(cè)的狹縫被擠向通道的另一端，即出口端，在這個(gè)過程中，待復(fù)合材料 被破碎、混合并經(jīng)歷了較大的熱塑性擠壓變形，通過控制產(chǎn)物在出口端的移出 速度或在出口端施加一反向壓力，可以獲得塊狀、致密性好、增強(qiáng)相顆粒均勻 分布、基體材料晶粒細(xì)小的復(fù)合材料。
本發(fā)明所述的金屬流動(dòng)通道中部連接一軸線垂直于通道的摩擦頭，摩擦頭 邊緣與通道的兩側(cè)形成一狹縫。
本發(fā)明所述的摩擦頭周圍的塊狀固體金屬中形成一定體積的塑性區(qū)域，此 區(qū)域的金屬與增強(qiáng)相顆粒在摩擦頭的高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)下混合并經(jīng)歷快速、巨大的 塑性擠壓變形，形成顆粒與基體結(jié)合良好的復(fù)合材料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是所形成的材料具有材料基體的晶粒細(xì)小、增強(qiáng)相分布均 勻的特點(diǎn)，可大幅度提高材料的機(jī)械和力學(xué)性能。由于該方法是在固態(tài)下制備 復(fù)合材料，可以按功能設(shè)計(jì)要求，同時(shí)添加不同比重、不同性質(zhì)的顆粒，充分 發(fā)揮復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，制備多元顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。


圖1為本發(fā)明的工作原理結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖中，1、金屬流動(dòng)通道2、待復(fù)合材料3、擠壓棒4、摩擦頭5、狹 縫6、復(fù)合材料
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，其特征是制備方法為在金屬流動(dòng) 通道1的一端放置待復(fù)合材料2，增強(qiáng)顆粒通過在基體材料上開的槽或孔加入， 擠壓棒3加壓使待復(fù)合材料2擠向高速旋轉(zhuǎn)的摩擦頭4，待復(fù)合材料2與摩擦 頭4接觸后，將產(chǎn)生摩擦熱使接觸處金屬溫度升高而塑性化，塑性化的金屬被 旋轉(zhuǎn)的摩擦頭4破碎并在其帶動(dòng)下由金屬流動(dòng)通道側(cè)面的狹縫5被擠向通道的 另一端，即出口端。在這個(gè)過程中，待復(fù)合材料2被破碎、混合并經(jīng)歷了較大 的熱塑性擠壓變形，通過控制產(chǎn)物在出口端的移出速度或在出口端施加一反向 壓力，可以獲得塊狀、致密性好、增強(qiáng)相顆粒均勻分布、基體晶粒細(xì)小的復(fù)合 材料6。
實(shí)施案例將碳納米管填充在1060鋁板上鉆好的小孔內(nèi)，將兩塊已添加 碳納米管的鋁板以盲孔法向相反的方式層疊在一起，使碳納米管能被板材包裹 其中。用圖l所示裝置，高速旋轉(zhuǎn)的摩擦頭插入添加了碳納米管的鋁基材中， 摩擦頭的旋轉(zhuǎn)速度為750r/min，擠壓棒的前行速度為30mm/min。對(duì)得到的復(fù) 合材料進(jìn)行顯微硬度測(cè)試。結(jié)果表明復(fù)合材料的顯微硬度平均值可達(dá)到 62.2HV;而1060鋁板的平均顯微硬度為26.6HV。磨損試驗(yàn)表明復(fù)合材料在 整個(gè)磨損實(shí)驗(yàn)(每3分鐘為一個(gè)周期，共進(jìn)行7次重復(fù)實(shí)驗(yàn))過程中，材料的 磨損量為0.018g。復(fù)合材料透射電鏡分析結(jié)果表明碳納米管均勻分布，在板 材橫截面上碳納米管呈現(xiàn)"線狀"分布，在板材縱截面上呈"點(diǎn)狀"。該方法 與傳統(tǒng)復(fù)合材料制備方法相比，具有操作簡(jiǎn)單，成型時(shí)間短，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1、一種摩擦擠壓復(fù)合材料的方法，其特征是方法為形成一中間有高速旋轉(zhuǎn)摩擦頭、摩擦頭周邊有細(xì)小縫隙的金屬流動(dòng)通道；在其一端放置由基體材料和增強(qiáng)相顆粒組成的待復(fù)合材料，增強(qiáng)顆粒通過在基體材料上開的槽或孔加入；擠壓棒加壓使待復(fù)合材料擠向高速旋轉(zhuǎn)的摩擦頭，與摩擦頭接觸的材料摩擦發(fā)熱并處于塑性狀態(tài)，塑性化的金屬與增強(qiáng)相顆粒被旋轉(zhuǎn)的摩擦頭破碎并在其帶動(dòng)下由摩擦頭兩側(cè)的狹縫被擠向通道的另一端，即出口端，在這個(gè)過程中，待復(fù)合材料被破碎、混合并經(jīng)歷了較大的熱塑性擠壓變形，通過控制產(chǎn)物在出口端的移出速度或在出口端施加一反向壓力，可以獲得塊狀、致密性好、增強(qiáng)相顆粒均勻分布、基體材料晶粒細(xì)小的復(fù)合材料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦擠壓復(fù)合材料的方法，其特征是金屬流動(dòng) 通道中部連接一軸線垂直于通道的摩擦頭，摩擦頭邊緣與通道的兩側(cè)形成一狹 縫。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦擠壓復(fù)合材料的方法，其特征是在摩擦頭 周圍的塊狀固體金屬中形成一定體積的塑性區(qū)域，此區(qū)域的金屬與增強(qiáng)相顆粒 在摩擦頭的高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)下混合并經(jīng)歷快速、巨大的塑性擠壓變形，形成顆粒 與基體結(jié)合良好的復(fù)合材料。
全文摘要
一種摩擦擠壓復(fù)合材料的方法，其特征是制備方法為形成一中間有高速旋轉(zhuǎn)摩擦頭、摩擦頭周邊有細(xì)小縫隙的金屬流動(dòng)通道；在其一端放置由基體材料和增強(qiáng)相顆粒組成的待復(fù)合材料，增強(qiáng)顆粒通過在基體材料上開的槽或孔加入；擠壓棒加壓使待復(fù)合材料擠向高速旋轉(zhuǎn)的摩擦頭，與摩擦頭接觸的材料摩擦發(fā)熱并處于塑性狀態(tài)，可以獲得塊狀、致密性好、增強(qiáng)相顆粒均勻分布、基體材料晶粒細(xì)小的復(fù)合材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是所形成的材料具有材料基體的晶粒細(xì)小、增強(qiáng)相分布均勻的特點(diǎn)?？梢园垂δ茉O(shè)計(jì)要求，同時(shí)添加不同比重、不同性質(zhì)的顆粒，充分發(fā)揮復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，制備多元顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。
文檔編號(hào)C22C1/04GK101613810SQ20091011572
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者劉鴿平, 楊成剛, 柯黎明, 麗 邢, 黃春平 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)