專利名稱：制備鋁基復(fù)合材料的助滲工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種制備鋁基復(fù)合材料的助滲工藝。
背景技術(shù)：
鋁基復(fù)合材料由鋁及鋁合金基體和增強體(包括纖維、晶須、顆粒)復(fù)合而成。鋁基復(fù)合材料具有高比強度和高比模量的同時，還具有低熱膨脹系數(shù)和高導(dǎo)熱系數(shù)，此外加工性能良好，在航天航空、先進武器、電子信息、現(xiàn)代交通、精密制造等領(lǐng)域有著迫切的需求。但是在鋁基復(fù)合材料的液相制備過程中突出的難點是鋁液對增強體不潤濕，浸滲阻力大。通過一定的方式在增強體周圍添加助滲劑，利用助滲劑的化學(xué)反應(yīng)改善鋁液對增強體的潤濕性，減小浸滲阻力，從而制備出鋁基復(fù)合材料。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，王濟國在《輕合金加工技術(shù)》Vol. 26，No. 6 :P38 41，1998年發(fā)表的文章“自浸滲法制備SiCp/Al復(fù)合材料”提出了一種浸滲工藝在助滲劑 (K2TiF6)的參與下，鋁液滲入到SiCp增強體與助滲劑組成的混合體，從而制備出SiCp/Al復(fù)合材料。其中，混合體的制備工藝為干燥的助滲劑粉末經(jīng)過研磨后與碳化硅顆粒攪拌混合。 但該方法存在以下不足①適用范圍有限，只適用于分散狀態(tài)下的非連續(xù)增強體(顆粒、晶須、短纖維)，對于呈整體結(jié)構(gòu)的增強體預(yù)制件(如顆粒燒結(jié)骨架、連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷和通孔碳泡沫等)，由于預(yù)制件的過濾作用和整體性，無法通過干法共混將干燥的助滲劑粉末加入到預(yù)制件內(nèi)；對于連續(xù)纖維(包括單向纖維、二維纖維布、三維織物等)，由于纖維構(gòu)成了過濾網(wǎng)，纖維間隙極小，以及纖維的取向性，所以干法共混也不適合；②該方法需消耗大量的助滲劑，即K2TiF6/SiCp* 1 1 1 1.5(重量比)，實際上增強體表面的助滲劑才能對潤濕性的改善起到有效作用，所以并不需要太多的助滲劑，而過多的助滲劑一方面導(dǎo)致鋁消耗量增多，另一方面導(dǎo)致鋁液浸滲的通道變窄甚至堵塞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種制備鋁基復(fù)合材料的助滲工藝， 實現(xiàn)了助滲劑在預(yù)制件內(nèi)增強體表面的均勻涂覆，改善了鋁液對增強體的潤濕性，減小了浸滲阻力，從而獲得鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種鋁基復(fù)合材料，其組分及體積比為10 70%增強體和30 90% 鋁或鋁合金基體組成。所述的增強體采用纖維、晶須或顆粒的一種或幾種。所述的鋁或鋁合金基體的組分和質(zhì)量百分比為0 13% Si、0 11% Mg、0 10% Ζη、0 8% Cu、0 2% Μη、0 Ti，其余為 Al。本發(fā)明涉及上述鋁基復(fù)合材料的制備方法，通過對浸漬于助滲劑溶液中的增強體進行預(yù)熱然后澆注鋁液，制備得到鋁基復(fù)合材料。
所述的助滲劑溶液的組分及含量為氟鈦酸鉀(K2TiF6)和氟鋯酸鉀(K2ZrF6)的混合物，其摩爾比為[K2TiF6] [K2Zrfg = ο. ι ο 1，溶劑為去離子水。所述的浸漬是指將增強體浸入溫度為0°c 95°C的助滲劑溶液中并進行1 60min、超聲頻率為40 60KHz的超聲振動處理，再將浸漬后的增強體置于200°C下烘干。所述的預(yù)熱是指將增強體放入金屬模具在氬氣保護環(huán)境下預(yù)熱至400°C 600 "C。所述的澆注鋁液是指將熔融的鋁液澆注入金屬模具中，澆注溫度為750°C 8000C，保溫溫度為800°C 950°C。本發(fā)明采用助滲劑溶液超聲浸漬法處理增強體，具有適用范圍廣、助滲劑用量少、 操作簡便的特點。本發(fā)明適用于對鋁基復(fù)合材料各種增強體的處理，包括非連續(xù)增強體和連續(xù)纖維，特別適合增強體呈整體結(jié)構(gòu)的情況。助滲劑用量少，含量可控，無需研磨和攪拌， 縮短了時間，節(jié)約了能源。本發(fā)明實現(xiàn)了助滲劑在預(yù)制件內(nèi)增強體表面的均勻涂覆，涂層厚度均一，無涂覆死角又不會堵塞鋁液的浸滲通道，提高了助滲劑充填的均勻性，改善了鋁液對增強體的潤濕性，減小了浸滲阻力，改善了界面結(jié)合，提高了鋁基復(fù)合材料的性能。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例1增強體為三維碳纖維，碳纖維占復(fù)合材料體積分數(shù)約40%?；w采用鋁合金為 ZLlOl0助滲劑溶液為95°C的飽和水溶液，摩爾比η[K2TiF6Vn[KJrF6]為0. 1。將增強體浸入助滲劑溶液，超聲振動處理時間lOmin，超聲頻率50ΚΗζ。烘干溫度200°C，預(yù)熱溫度 5500C，采用氬氣保護，澆注溫度760V，在氬氣保護下800°C保溫0. 5h，隨爐冷卻，得到三維碳纖維增強鋁基復(fù)合材料。復(fù)合材料的抗彎強度為280MPa。實施例2增強體為SiC顆粒，占復(fù)合材料體積分數(shù)約60%?；w采用鋁合金為ZL102。助滲劑溶液為25°C的飽和水溶液，摩爾比η [K2TiF6Vn [KJrF6]為10。將增強體浸入助滲劑溶液，超聲振動處理時間30min，超聲頻率50KHz。烘干溫度200°C，預(yù)熱溫度600°C，采用氬氣保護，澆注溫度800°C，在氬氣保護下900°C保溫lh，隨爐冷卻，得到SiCp/Al復(fù)合材料。復(fù)合材料的抗彎強度為410MPa。實施例3增強體為B4C顆粒，占復(fù)合材料體積分數(shù)約70%?；w采用工業(yè)純鋁。助滲劑溶液為60°C的飽和水溶液，摩爾比η [K2TiF6Vn [KJrF6]為1。將增強體浸入助滲劑溶液，超聲振動處理時間30min，超聲頻率50KHz。烘干溫度200°C，預(yù)熱溫度600°C，采用氬氣保護，澆注溫度800°C，在氬氣保護下800°C保溫2h，隨爐冷卻，得到&CP/A1復(fù)合材料。復(fù)合材料的抗彎強度為590MPa。
權(quán)利要求
1.一種鋁基復(fù)合材料，其特征在于，其組分及體積比為10 70%增強體和30 90% 鋁或鋁合金基體組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料，其特征是，所述的增強體采用纖維、晶須或顆粒的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料，其特征是，所述的鋁或鋁合金基體的組分和質(zhì)量百分比為0 13% Si、0 ll%Mg、0 10% Ζη、0 8% Cu、0 2%Mn、0 Ti， 其余為Al。
4.一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，通過對浸漬于助滲劑溶液中的增強體進行預(yù)熱然后澆注鋁液，制備得到鋁基復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的助滲劑溶液的組分及含量為=K2TiFf^K2ZrF6W混合物，其摩爾比為[K2TiF6] [K2Zrfg = 0. 1 10 1， 溶劑為去離子水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的浸漬是指將增強體浸入溫度為0°C 95°C的助滲劑溶液中并進行1 60min、超聲頻率為40 60KHz的超聲振動處理，再將浸漬后的增強體置于20(TC下烘干。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的預(yù)熱是指將增強體放入金屬模具在氬氣保護環(huán)境下預(yù)熱至40(TC 600°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的澆注鋁液是指 將熔融的鋁液澆注入金屬模具中，澆注溫度為750V 800°C，保溫溫度為800°C 950°C。
全文摘要
一種復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的制備鋁基復(fù)合材料的助滲工藝，通過對浸漬于助滲劑溶液中的增強體進行預(yù)熱然后澆注鋁液，制備得到鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明實現(xiàn)了助滲劑在預(yù)制件內(nèi)增強體表面的均勻涂覆，改善了鋁液對增強體的潤濕性，減小了浸滲阻力，從而獲得鋁基復(fù)合材料。
文檔編號C22C121/00GK102191411SQ20111010785
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者馮欣, 周聰, 王浩偉, 陳東, 黃文貌 申請人:上海交通大學(xué)