專利名稱：顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的擠壓工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域；特別涉及陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的擠壓工藝。
背景技術(shù)：
由于具有高的比強(qiáng)度和比剛度、耐疲勞、導(dǎo)熱性能好、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)異的綜合性能，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在汽車和航空航天領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。該類復(fù)合材料的制備方法主要有粉末冶金法和鑄造法兩大類。與鑄造法相比，粉末冶金法具有可以任意調(diào)節(jié)增強(qiáng)顆粒的加入量、準(zhǔn)確控制增強(qiáng)顆粒的體積分?jǐn)?shù)、獲得均勻組織、 較高強(qiáng)度和塑性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)發(fā)展成為制備復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的重要手段。但是與基體合金相比，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的塑性較差，使得塑性加工難度較大。同時(shí)，經(jīng)過(guò)塑性變形后，復(fù)合材料的陶瓷顆粒分布均勻性將得到改善，強(qiáng)度和塑性都將會(huì)得到很大的提高。因此，復(fù)合材料坯錠很有必要進(jìn)行塑性變形，以提高其綜合力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能大幅度提高顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料強(qiáng)度和塑性的擠壓工藝。本發(fā)明的上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到的一種顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的擠壓，采取擠壓的大變形來(lái)改善陶瓷顆粒增強(qiáng)體的分布，大幅度提高顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率。包括下述步驟(1)提供擠壓所需的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的圓柱形坯錠，高徑比小于2. 5 ；(2)采用焊接技術(shù)，將坯錠外表面全部包裹包套，包套材質(zhì)為比復(fù)合材料熔點(diǎn)高的鋁合金或純鋁，包套壁厚3 20mm ；(3)包裹包套的坯錠在爐溫到達(dá)300 400°C后裝爐進(jìn)行保溫，坯錠保溫溫度為 300 400°C，保溫時(shí)間t與坯錠的最大直徑δ max有關(guān)，δ max彡IOOmm時(shí)，取t =濁；IOOmm < δ max < 500讓時(shí)，取 t = 6h ； δ max 彡 500讓時(shí)，取 t = IOh ；(4)將坯錠放入擠壓機(jī)中進(jìn)行包套熱擠壓，擠壓比為3 20，擠壓速度為0. 1 5mm/s ；(5)擠壓型材空冷后，分段切割、去包套。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料可以通過(guò)較大變形量的擠壓、軋制或鍛造成形為形狀較規(guī)則的棒材、板材或餅材等型材。但由于顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的塑性較差，在塑性加工過(guò)程中很容易開裂，所以選擇合適的熱加工工藝參數(shù)、制定合理的熱加工工藝制度尤為重要。本發(fā)明提供了一種能夠獲得較高性能的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的擠壓工藝。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于復(fù)合材料的增強(qiáng)體顆粒為A1203(氧化鋁)、 SiC (碳化硅)、B4C (碳化硼)、TiC (碳化鈦)、Si3N4 (氮化硅)和AlN (氮化鋁)中的任意一種；鋁合金基體是硬鋁OX X X)中的任意一種合金。
一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述的復(fù)合材料的增強(qiáng)體顆粒粒度范圍在 0. 5 30μπι，且在復(fù)合材料中體積百分比5% 35%。經(jīng)過(guò)擠壓后，增強(qiáng)顆粒彌散均勻分布于鋁合金基體中，并與鋁合金基體形成高強(qiáng)度的界面結(jié)合。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述的復(fù)合材料坯錠為圓柱形，高徑比小于
2 · 5 ο一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于包套材質(zhì)為比復(fù)合材料熔點(diǎn)高的鋁合金或純鋁， 包套壁厚3 20mm。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于擠壓時(shí)，復(fù)合材料坯錠的擠壓比為3 20。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于擠壓時(shí)，復(fù)合材料坯錠的擠壓速度為0. 1 5mm/
So本發(fā)明的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的擠壓工藝的優(yōu)點(diǎn)為該擠壓工藝能很好地改善陶瓷顆粒增強(qiáng)體的分布，較大程度地提高顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)度和塑性。 下面通過(guò)具體實(shí)施方式
和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但不意味著對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。


圖1 (a)是15vol. % SiCp/2009Al復(fù)合材料坯錠1#的金相顯微組織照片 (ZEISS-Axiovert 200 MAT 光學(xué)顯微鏡，放大 200 倍)。圖1 (b)是15vol. % SiCp/2009Al復(fù)合材料型材2#沿?cái)D壓方向上的金相顯微組織照片(ZEISS-Axiovert 200 MAT光學(xué)顯微鏡，放大200倍)。圖1 (c)是20vol. % SiCp/2009Al復(fù)合材料坯錠3#的金相顯微組織照片 (ZEISS-Axiovert 200 MAT 光學(xué)顯微鏡，放大 200 倍)。圖1 (d)是20vol. % SiCp/2009Al復(fù)合材料型材4#沿?cái)D壓方向上的金相顯微組織照片(ZEISS-Axiovert 200MAT光學(xué)顯微鏡，放大200倍)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)材料為粉末冶金法制備的15vol. % SiCp/2009Al復(fù)合材料，復(fù)合材料坯錠尺寸為Φ300Χ400πιπι。具體實(shí)施方法第一步，采用焊接技術(shù)，將復(fù)合材料坯錠整體包裹上包套，包套材質(zhì)為純鋁，壁厚為IOmm ；第二步，將坯錠加熱到350°C，保溫時(shí)間t = 6h ；第三步，將坯錠下進(jìn)行包套熱擠壓，擠壓比為14，擠壓成截面為Φ80πιπι的棒材，擠壓速度為2mm/s ；第四步，待棒材空冷后，進(jìn)行分段切割、去包套。實(shí)施例2 本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)材料為粉末冶金法制備的20vol. % SiCp/2009Al復(fù)合材料，復(fù)合材料坯錠尺寸為Φ200Χ200πιπι。具體實(shí)施方法第一步，采用焊接技術(shù)，將復(fù)合材料坯錠整體包裹上包套，包套材質(zhì)為純鋁，壁厚為15mm ；第二步，將坯錠加熱到380°C，保溫時(shí)間t = 6h ；第三步，將坯錠下進(jìn)行包套熱擠壓，擠壓比為6. 3，擠壓成截面為100X50mm板材，擠壓速度為lmm/s ；第四步，待板材空冷后，進(jìn)行分段切割、去包套。
鑒于考核擠壓對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響規(guī)律，依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T228-2002，將上述兩個(gè)實(shí)施例中的型材進(jìn)行拉伸力學(xué)性能測(cè)試。具體實(shí)施方法如下將上述兩個(gè)實(shí)施例中的型材沿?cái)D壓方向上取樣，熱處理(固溶溫度500°C，保溫1小時(shí)，淬水，自然時(shí)效96小時(shí)) 后，進(jìn)行拉伸力學(xué)性能測(cè)試。SiCp/2009Al復(fù)合材料型材的力學(xué)性能如表1所示。從表中可以看出，對(duì)于同一種復(fù)合材料而言，經(jīng)過(guò)擠壓變形以后，抗拉強(qiáng)度(Rm)會(huì)顯著地增加，而屈服強(qiáng)度(Rpa2)增幅較小，延伸率(A)和斷面收縮率(Z)也都有一定程度地增加。對(duì)于SiC含量不同的復(fù)合材料而言，SiC體積分?jǐn)?shù)越高，材料的抗拉強(qiáng)度(Rm)和屈服強(qiáng)度(Rpa2)越高，但延伸率(A)和斷面收縮率⑵越低。表1 SiCp/2009Al復(fù)合材料的力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的擠壓工藝，其特征是，包括下述步驟(1)將擠壓所用的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制成圓柱形坯錠，高徑比小于2.5 ；(2)采用焊接技術(shù)，將坯錠外表面全部包裹包套，包套材質(zhì)為比復(fù)合材料熔點(diǎn)高的鋁合金或純鋁；(3)包裹包套的坯錠在爐溫到達(dá)300 400°C后裝爐進(jìn)行保溫，坯錠保溫溫度為300 4000C，保溫時(shí)間t與坯錠的最大直徑δ max有關(guān)，δ max彡IOOmm時(shí)，取t =濁；IOOmm < δ max < 500mm 時(shí)，取 t = 6h ； δ max 彡 500mm 時(shí)，取 t = IOh ；(4)將保溫處理后的包裹包套的坯錠放入擠壓機(jī)中進(jìn)行熱擠壓；(5)熱擠壓包裹包套的坯錠空冷后，分段切割、去包套。
2.如權(quán)利要求1所述的一種顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的擠壓工藝，其特征是，所述的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)體顆粒為Al2O3 (氧化鋁)、SiC (碳化硅)、B4C (碳化硼)、TiC (碳化鈦)、Si3N4(氮化硅)和AlN(氮化鋁)中的任意一種；鋁合金基體是硬鋁QX XX)中的任意一種合金。
3.如權(quán)利要求1所述的一種顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的擠壓工藝，其特征是，所述的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)體顆粒粒度范圍在0. 5 30 μ m，且在復(fù)合材料中體積百分比 5 % 35 %，經(jīng)過(guò)擠壓后，增強(qiáng)顆粒彌散均勻分布于鋁合金基體中，并與鋁合金基體形成高強(qiáng)度的界面結(jié)合。
4.如權(quán)利要求1所述的一種顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的擠壓工藝，其特征是，在所述步驟O)中，所述的坯錠的包套壁厚為3 20mm。
5.如權(quán)利要求1所述的一種顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的擠壓工藝，其特征是，在所述步驟⑷中，熱擠壓的擠壓比為3 20。
6.如權(quán)利要求1所述的一種顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的擠壓工藝，其特征是，在所述步驟⑷中，熱擠壓的擠壓速度為0. 1 5mm/s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的擠壓工藝，其特征在于通過(guò)擠壓的大變形來(lái)改善陶瓷顆粒增強(qiáng)體的分布，大幅度提高顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)度和塑性。將坯錠外表面全部包裹包套后，放到電阻爐或燃料爐中加熱，保溫溫度為300～400℃，保溫時(shí)間t與坯錠的最大直徑δmax有關(guān)，δmax≤100mm時(shí)，取t＝2h；100mm＜δmax＜500mm時(shí)，取t＝6h；δmax≥500mm時(shí)，取t＝10h。擠壓時(shí)，擠壓比為3～20，擠壓速度為0.1～5mm/s。擠壓完成后，空冷，分段切割、去包套。
文檔編號(hào)C22C21/00GK102534289SQ20101059351
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者劉彥強(qiáng), 左濤, 樊建中, 馬自力, 魏少華 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院