一種航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料由以下體積百分比的原料制成：納米碳化硅顆粒1%～8%、微米碳化硅顆粒35%，余量為鋁合金粉。本發(fā)明的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，由納米碳化硅顆粒、微米碳化硅顆粒和鋁合金粉末作為原料制成，總碳化硅體積分?jǐn)?shù)可以在36%～43%之間任意調(diào)整，保證了材料較低的熱膨脹系數(shù)；納米碳化硅顆粒的加入能有效提高強(qiáng)度，同時(shí)使復(fù)合材料具有良好的機(jī)加工性能和塑性變形能力；所得鋁基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比剛度大、熱穩(wěn)定性好、熱導(dǎo)率高、密度較低等性能；可與多種材料匹配，代替鈹、軸承鋼、碳鋼等航天慣性系統(tǒng)用材料，用于航空航天、汽車(chē)等行業(yè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁基復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，同時(shí)還涉及一種航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航空航天技術(shù)的發(fā)展對(duì)材料性能提出了新的要求和挑戰(zhàn)，在普通的單一材料已越來(lái)越難以滿足新型機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)零件性能要求的背景下，集多種材料優(yōu)點(diǎn)于一身的顆粒增強(qiáng)招基復(fù)合材料由于具有聞比1旲量、聞比強(qiáng)度等良好的機(jī)械性能，在航空航天儀表上面有著廣泛的應(yīng)用，其高比剛度、比強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱性、低熱膨脹系數(shù)等許多優(yōu)異特性受到了廣泛的關(guān)注，在航空、航天、汽車(chē)、電子等領(lǐng)域展示了廣闊的應(yīng)用前景，在光學(xué)精密構(gòu)件和慣性?xún)x表上的應(yīng)用也越來(lái)越引起重視。但如何進(jìn)一步發(fā)揮復(fù)合材料的性能潛力，仍是材料科學(xué)工作者關(guān)注的問(wèn)題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)超過(guò)35%后，鋁基復(fù)合材料塑韌性及強(qiáng)度迅速降低，加工變得困難。但如果復(fù)合材料在提高碳化硅體積分?jǐn)?shù)，保證熱穩(wěn)定性前提下，強(qiáng)度不下降并且塑韌性達(dá)到或超過(guò)一定值時(shí)(如航空航天領(lǐng)域一般要求結(jié)構(gòu)材料的延伸率超過(guò)5%)，鋁基復(fù)合材料除了其突出的功能化特性，仍可作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于關(guān)鍵受力部件，將具有更加廣泛的應(yīng)用前景。但是，目前市場(chǎng)上流通的鋁基復(fù)合材料還不能同時(shí)兼顧良好的熱穩(wěn)定性、強(qiáng)度和塑韌性。
[0004]熱穩(wěn)定性要求儀表級(jí)復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)與鋼相匹配。那么，對(duì)應(yīng)于碳化硅增強(qiáng)顆粒體積為中體積分?jǐn)?shù)的鋁基復(fù)合材料，目前國(guó)內(nèi)外缺乏有效的液態(tài)方法進(jìn)行制造，主要原因是碳化硅預(yù)制 型困難，鋁粉浸滲不充分且氧化嚴(yán)重，因此制備的復(fù)合材料性能很差。粉末冶金法制備金屬基復(fù)合材料(MMCs)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):(I)與液態(tài)方法相比，所使用的溫度較低，從而減輕了基體與增強(qiáng)體之間的界面反應(yīng)，減少了界面硬質(zhì)化合物的生成，所制得的MMCs具有較好的力學(xué)性能；(2)增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)不受限制，便于調(diào)節(jié)和設(shè)計(jì)。但粉末冶金法制造碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料也存在一些問(wèn)題，如:(I)用粉末冶金法制備MMCs，一般都存在顆粒分布差，內(nèi)部組織不均勻性；(2)設(shè)備及工藝流程合理性對(duì)性能的影響極大；(3)增強(qiáng)體顆粒尺寸和鋁基體粉末顆粒尺寸的匹配不合理嚴(yán)重影響材料的力學(xué)性能；(4)小尺寸金屬粉末顆粒易氧化影響與增強(qiáng)顆粒的結(jié)合等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，解決現(xiàn)有鋁基復(fù)合材料不能兼顧良好的熱穩(wěn)定性、強(qiáng)度和塑韌性的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)招基復(fù)合材料，由以下體積百分比的原料制成:納米碳化娃顆粒1%~8%、微米碳化娃顆粒35%，余量為鋁合金粉。
[0008]所述納米碳化娃顆粒的尺寸為:40nm ( D50 ( IOOnm ;所述微米碳化娃顆粒的尺寸為:I μ m≤D50≤3 μ m ;所述鋁合金粉的尺寸為8~12 μ m。
[0009]所述納米碳化硅顆粒是由以下方法制備的:將微米碳化硅顆粒在-20~20°C條件下進(jìn)行球磨，所述球磨的磨球?yàn)檠趸e(cuò)，磨球直徑為5~15mm,球料比為20:1~80:1,球磨15~35h,即得。
[0010]所述鋁合金中除鋁元素外，還包含以下重量百分比的組分:Cu3.8%~4.9%、Mgl.2% ~1.8%、Si0.1% ~0.5%、Mn0.2% ~0.6%。
[0011]所述鋁合金為2024鋁合金。
[0012]一種上述的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
[0013]I)配料:在氬氣保護(hù)下，取納米碳化硅顆粒、微米碳化硅顆粒和鋁合金粉進(jìn)行混合,投入密封罐,將密封罐抽真空后再充入氬氣,反復(fù)操作2~5次，得混合料；
[0014]2)球磨:將步驟I)所得混合料在-20~20°C條件下進(jìn)行球磨，得球磨料；
[0015]3)預(yù)成型:將步驟2)所得球磨料裝入模具，在真空條件下加熱進(jìn)行真空除氣后，在120~150MPa壓力下預(yù)壓成型，得預(yù)成型件；
[0016]4)熱壓成型:將步驟3)所得預(yù)成型件加熱到560~600°C，在60~90MPa條件下保溫保壓2~4h后，先緩慢降溫至500°C，再快速降溫至150°C以下，得成型件；
[0017]5)熱鍛:將步驟4)所得成型件在氬氣保護(hù)下進(jìn)行預(yù)熱后，在480~510°C條件下進(jìn)行熱鍛，得熱鍛件；
[0018]6)熱處理:將步驟5)所得熱鍛件進(jìn)行固溶處理，水淬后進(jìn)行時(shí)效處理，即得。
[0019]步驟2)中，所述球磨的磨球?yàn)楝旇?磨球直徑5~15mm,球料比為10:1~20:1,轉(zhuǎn)速為220~380r/min ;所述球磨的時(shí)間為15~25h，每隔2h停機(jī)一次，冷卻0.5h后繼續(xù)球磨。
[0020]步驟3)中，所述真空條件的真空度≤lX10_2Pa ;所述真空除氣的溫度為400~450°C，時(shí)間為 90 ~120min。
[0021]步驟4)中，所述緩慢降溫是指將溫度降至500°C的時(shí)間為Ih ;所述快速降溫是指將溫度從500°C降至150°C以下的時(shí)間低于0.5h。
[0022]步驟5)中，所述預(yù)熱的溫度為510~530°C，預(yù)熱時(shí)間為3~4h ;所述熱鍛的壓力為200~250t，保壓時(shí)間為20~30min。
[0023]步驟6)中，所述固溶處理的溫度為490~515°C，時(shí)間為2~3h ;所述時(shí)效處理的溫度為170~200°C，時(shí)間為8~16h。
[0024]本發(fā)明的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，由納米碳化硅顆粒、微米碳化硅顆粒和鋁合金粉末作為原料制成，總碳化硅體積分?jǐn)?shù)可以在36%~43%之間任意調(diào)整，保證了材料較低的熱膨脹系數(shù)；納米碳化硅顆粒的加入能有效提高強(qiáng)度，同時(shí)使復(fù)合材料具有良好的機(jī)加工性能和塑性變形能力；所得鋁基復(fù)合材料具有如下性能:熱膨脹系數(shù)(10.9 ~ 12.2) X1(T6/°C，導(dǎo)熱率 165 ~190W/ (m.°C )，比剛度 46 ~65GN.m/g，伸長(zhǎng)率
3.8~4.6%，抗拉強(qiáng)度420~510MPa，即比強(qiáng)度高，比剛度大，熱穩(wěn)定性好，熱導(dǎo)率高，密度較低；可以代替鈹，軸承鋼，碳鋼等用于需要比剛度好，熱穩(wěn)定性好，密度小的航天慣性系統(tǒng)用材料；其高強(qiáng)，高剛度，耐磨以及熱膨脹系數(shù)可與多種材料匹配，可廣泛用于航空航天、汽車(chē)等行業(yè)。
[0025]本發(fā)明的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，粉末處理是保證復(fù)合材料質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，金屬粉末與顆粒的均勻混合以及防止金屬粉末的氧化是粉末處理的關(guān)鍵。利用低溫球磨的方法制備納米碳化硅顆粒，晶粒尺寸可控，表面鈍化。鋁合金粉含主要元素Cu、Mg等合金元素，為可熱處理強(qiáng)化型。鋁合金粉和微米級(jí)碳化硅粉粒度級(jí)配在10:3左右。
[0026]本發(fā)明的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，采用氬氣保護(hù)配料、高能機(jī)械球磨、真空除氣、預(yù)成型、熱壓燒結(jié)成型、熱鍛、熱處理等工藝，將納米碳化硅、微米碳化硅混合顆粒分布于鋁基體中形成協(xié)同增強(qiáng)相，實(shí)現(xiàn)了比強(qiáng)度高、比剛度大、導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)低的航空用儀表級(jí)碳化硅混合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備；通過(guò)高能機(jī)械球磨實(shí)現(xiàn)亞微米及納米顆粒與鋁合金粉的均勻混合，并有效細(xì)化基體晶粒；制備過(guò)程在氬氣保護(hù)下防止鋁合金粉的氧化；瑪瑙球與原料密度相當(dāng)，避免行星球磨過(guò)程中粉末卡底現(xiàn)象，保證充分混合；粉料除氣、預(yù)成型及熱壓燒結(jié)成型全部在真空條件下原位進(jìn)行，提高了混合粉末的可壓制性和致密性，有效防止鋁合金粉的氧化，保證了基體和碳化硅顆粒的良好結(jié)合。本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0028]實(shí)施例1
[0029]本實(shí)施例的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，由以下體積百分比的原料制成:納米碳化娃顆粒1%、微米`碳化娃顆粒35%,余量為招合金粉。所述納米碳化娃顆粒的D50為60nm ;所述微米碳化娃顆粒的D50為3 μ m ;所述招合金粉的尺寸為10 μ m。
[0030]所述納米碳化硅顆粒是由以下方法制備的:將微米碳化硅顆粒進(jìn)行球磨，所述球磨的磨球?yàn)檠趸?，磨球直徑?mm，球料比為20:1，球磨15h，即得。
[0031]本實(shí)施例的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
[0032]I)配料:在氬氣保護(hù)下，取納米碳化硅顆粒、微米碳化硅顆粒和鋁合金粉在手套箱中進(jìn)行混合配料，投入密封罐，將密封罐抽真空后再充入氬氣，反復(fù)操作5次，得混合料；
[0033]2)球磨:將步驟I)所得混合料投入低溫高能球磨機(jī)的球磨罐中，瑪瑙磨球與原料的質(zhì)量比為20:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速300r/min，球磨罐環(huán)境工作溫度_20°C，每隔2h停機(jī)一次，冷卻0.5h后繼續(xù)球磨，球磨20h，得球磨料，將球磨料放入真空手套箱備用；
[0034]3)預(yù)成型:將步驟2)所得球磨料裝入耐熱鋼模具，將模具放入真空熱壓燒結(jié)設(shè)備中，抽真空至真空度為1\10_午3，設(shè)定加熱程序開(kāi)始加熱，30!1^11內(nèi)由室溫升溫至400°C并保溫90min進(jìn)行真空除氣，后在120MPa壓力下預(yù)壓成型，得預(yù)成型件；
[0035]4)熱壓成型:將步驟3)所得預(yù)成型件在30min內(nèi)由400°C升溫至580°C，后開(kāi)始加壓，每加壓30min停止加壓5min，如此反復(fù)至壓力為70MPa后，共保溫保壓3h，后進(jìn)行降溫，在高溫階段緩慢降溫，Ih降溫到500°C，在500°C至150°C以下快速降溫，降溫時(shí)間低于0.5h，得成型件；
[0036]5)熱鍛:將步驟4)所得成型件在管式爐中以8°C /min的升溫速率升至510°C后，在氬氣保護(hù)下，預(yù)熱3h后，放入預(yù)熱溫度為480°C的模具桶內(nèi)，在300t的液壓機(jī)下進(jìn)行熱鍛，熱鍛壓力為200t，模具預(yù)熱溫度為460°C，熱鍛溫度為500°C，保壓20min，得熱鍛件；
[0037]6)熱處理:將步驟5)所得熱鍛件在495°C條件下進(jìn)行固溶處理2h，水淬后在190°C條件下進(jìn)行時(shí)效處理12h，即得。
[0038]實(shí)施例2
[0039]本實(shí)施例的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，由以下體積百分比的原料制成:納米碳化娃顆粒3%、微米碳化娃顆粒35%,余量為招合金粉。所述納米碳化娃顆粒的D50為60nm ;所述微米碳化娃顆粒的D50為2 μ m ;所述招合金粉的尺寸為10 μ m。 [0040]所述納米碳化硅顆粒是由以下方法制備的:將微米碳化硅顆粒進(jìn)行球磨，所述球磨的磨球?yàn)檠趸e(cuò)，磨球直徑為IOmm,球料比為40:1,球磨20h,即得。
[0041]本實(shí)施例的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
[0042]I)配料:在氬氣保護(hù)下，取納米碳化硅顆粒、微米碳化硅顆粒和鋁合金粉在手套箱中進(jìn)行混合配料，投入密封罐，將密封罐抽真空后再充入氬氣，反復(fù)操作2次，得混合料；
[0043]2)球磨:將步驟I)所得混合料投入低溫高能球磨機(jī)的球磨罐中，瑪瑙磨球與原料的質(zhì)量比為20:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速220r/min，球磨罐環(huán)境工作溫度0°C，每隔2h停機(jī)一次，冷卻0.5h后繼續(xù)球磨，球磨20h，得球磨料，將球磨料放入真空手套箱備用；
[0044]3)預(yù)成型:將步驟2)所得球磨料裝入耐熱鋼模具，將模具放入真空熱壓燒結(jié)設(shè)備中，抽真空至真空度小于1\10_午3，設(shè)定加熱程序開(kāi)始加熱，30!1^11內(nèi)由室溫升溫至450°C并保溫IOOmin進(jìn)行真空除氣，后在120MPa壓力下預(yù)壓成型，得預(yù)成型件；
[0045]4)熱壓成型:將步驟3)所得預(yù)成型件在30min內(nèi)由450°C升溫至580°C，后開(kāi)始加壓，后開(kāi)始加壓，每加壓30min停止加壓5min，如此反復(fù)至壓力為90MPa后，共保溫保壓2h，后進(jìn)行降溫，在高溫階段緩慢降溫，Ih降溫到500°C，在500°C至150°C以下快速降溫，降溫時(shí)間低于0.5h，得成型件；
[0046]5)熱鍛:將步驟4)所得成型件在管式爐中以8°C /min的升溫速率升至510°C后，在氬氣保護(hù)下，預(yù)熱3h后，放入預(yù)熱溫度為480°C的模具桶內(nèi)，在300t的液壓機(jī)下進(jìn)行熱鍛，熱鍛壓力為200t，模具預(yù)熱溫度為460°C，熱鍛溫度為500°C，保壓20min，得熱鍛件；
[0047]6)熱處理:將步驟5)所得熱鍛件在490°C條件下進(jìn)行固溶處理3h，水淬后在190°C條件下進(jìn)行時(shí)效處理12h，即得。
[0048]實(shí)施例3
[0049]本實(shí)施例的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，由以下體積百分比的原料制成:納米碳化娃顆粒5%、微米碳化娃顆粒35%,余量為招合金粉。所述納米碳化娃顆粒的D50為60nm ;所述微米碳化娃顆粒的D50為2 μ m ;所述招合金粉的尺寸為10 μ m。
[0050]所述納米碳化硅顆粒是由以下方法制備的:將微米碳化硅顆粒進(jìn)行球磨，所述球磨的磨球?yàn)檠趸?，磨球直徑?5mm，球料比為80:1，球磨35h，即得。
[0051]本實(shí)施例的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
[0052]I)配料:在氬氣保護(hù)下，取納米碳化硅顆粒、微米碳化硅顆粒和鋁合金粉在手套箱中進(jìn)行混合配料，投入密封罐，將密封罐抽真空后再充入氬氣，反復(fù)操作5次，得混合料；
[0053]2)球磨:將步驟I)所得混合料投入低溫高能球磨機(jī)的球磨罐中，瑪瑙磨球與原料的質(zhì)量比為15:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速300r/min，球磨罐環(huán)境工作溫度20°C，每隔2h停機(jī)一次，冷卻0.5h后繼續(xù)球磨，球磨20h，得球磨料，將球磨料放入真空手套箱備用；[0054]3)預(yù)成型:將步驟2)所得球磨料裝入耐熱鋼模具，將模具放入真空熱壓燒結(jié)設(shè)備中，抽真空至真空度為1\10_午3，設(shè)定加熱程序開(kāi)始加熱，30!1^11內(nèi)由室溫升溫至420°C并保溫120min進(jìn)行真空除氣，后在120MPa壓力下預(yù)壓成型，得預(yù)成型件；
[0055]4)熱壓成型:將步驟3)所得預(yù)成型件在30min內(nèi)由420°C升溫至580°C，后開(kāi)始加壓，每加壓30min停止加壓5min，如此反復(fù)至壓力為70MPa后，共保溫保壓3h，后進(jìn)行降溫，在高溫階段緩慢降溫，Ih降溫到500°C，在500°C至150°C以下快速降溫，降溫時(shí)間低于0.5h，得成型件；
[0056]5)熱鍛:將步驟4)所得成型件在管式爐中以8°C /min的升溫速率升至510°C后，在氬氣保護(hù)下，預(yù)熱3h后，放入預(yù)熱溫度為480°C的模具桶內(nèi)，在300t的液壓機(jī)下進(jìn)行熱鍛，熱鍛壓力為200t，模具預(yù)熱溫度為460°C，熱鍛溫度為480°C，保壓20min，得熱鍛件；
[0057]6)熱處理:將步驟5)所得熱鍛件在515°C條件下進(jìn)行固溶處理2h，水淬后在190°C條件下進(jìn)行時(shí)效處理12h，即得。
[0058]實(shí)施例4
[0059]本實(shí)施例的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，由以下體積百分比的原料制成:納米碳化娃顆粒8%、微米碳化娃顆粒35%,余量為招合金粉。所述納米碳化娃顆粒的D50為60nm ;所述微米碳化娃顆粒的D50為3 μ m ;所述招合金粉的尺寸為10 μ m。
[0060]所述納米碳化硅顆粒是由以下方法制備的:將微米碳化硅顆粒進(jìn)行球磨，所述球磨的磨球?yàn)檠趸?，磨球直徑?0mm，球料比為60:1，球磨25h，即得。
[0061]本實(shí)施例的 航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
[0062]I)配料:在氬氣保護(hù)下，取納米碳化硅顆粒、微米碳化硅顆粒和鋁合金粉在手套箱中進(jìn)行混合配料，投入密封罐,將密封罐抽真空后再充入氬氣,反復(fù)操作4次，得混合料；
[0063]2)球磨:將步驟I)所得混合料投入低溫高能球磨機(jī)的球磨罐中，瑪瑙磨球與原料的質(zhì)量比為20:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速300r/min，球磨罐環(huán)境工作溫度_10°C，每隔2h停機(jī)一次，冷卻0.5h后繼續(xù)球磨，球磨15h，得球磨料，將球磨料放入真空手套箱備用；
[0064]3)預(yù)成型:將步驟2)所得球磨料裝入耐熱鋼模具，將模具放入真空熱壓燒結(jié)設(shè)備中，抽真空真空度小于1\10_午3，設(shè)定加熱程序開(kāi)始加熱，30!1^11內(nèi)由室溫升溫至400°C并保溫90min進(jìn)行真空除氣，后在150MPa壓力下預(yù)壓成型，得預(yù)成型件；
[0065]4)熱壓成型:將步驟3)所得預(yù)成型件在30min內(nèi)由400°C升溫至560°C，后開(kāi)始加壓，每加壓30min停止加壓5min，如此反復(fù)至壓力為70MPa后，共保溫保壓3h，后進(jìn)行降溫，在高溫階段緩慢降溫，Ih降溫到500°C，在500°C至150°C以下快速降溫，降溫時(shí)間低于0.5h，得成型件；
[0066]5)熱鍛:將步驟4)所得成型件在管式爐中以8°C /min的升溫速率升至520°C后，在氬氣保護(hù)下，預(yù)熱3h后，放入預(yù)熱溫度為480°C的模具桶內(nèi)，在300t的液壓機(jī)下進(jìn)行熱鍛，熱鍛壓力為200t，模具預(yù)熱溫度為460°C，熱鍛溫度為510°C，保壓30min，得熱鍛件；
[0067]6)熱處理:將步驟5)所得熱鍛件在495°C條件下進(jìn)行固溶處理2h，水淬后在170°C條件下進(jìn)行時(shí)效處理16h，即得。
[0068]實(shí)施例5
[0069]本實(shí)施例的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，由以下體積百分比的原料制成:納米碳化娃顆粒5%、微米碳化娃顆粒35%,余量為招合金粉。所述納米碳化娃顆粒的D50為40nm ;所述微米碳化娃顆粒的D50為3 μ m ;所述招合金粉的尺寸為10 μ m。
[0070]所述納米碳化硅顆粒是由以下方法制備的:將微米碳化硅顆粒進(jìn)行球磨，所述球磨的磨球?yàn)檠趸?，磨球直徑?mm，球料比為80:1，球磨30h，即得。
[0071]本實(shí)施例的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
[0072]I)配料:在氬氣保護(hù)下，取納米碳化硅顆粒、微米碳化硅顆粒和鋁合金粉在手套箱中進(jìn)行混合配料，投入密封罐，將密封罐抽真空后再充入氬氣，反復(fù)操作5次，得混合料；
[0073]2)球磨:將步驟I)所得混合料投入低溫高能球磨機(jī)的球磨罐中，瑪瑙磨球與原料的質(zhì)量比為10:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速380r/min，球磨罐環(huán)境工作溫度10°C，每隔2h停機(jī)一次，冷卻0.5h后繼續(xù)球磨，球磨20h，得球磨料，將球磨料放入真空手套箱備用；
[0074]3)預(yù)成型:將步驟2)所得球磨料裝入耐熱鋼模具，將模具放入真空熱壓燒結(jié)設(shè)備中，抽真空至真空度為1\10_午3，設(shè)定加熱程序開(kāi)始加熱，30!1^11內(nèi)由室溫升溫至400°C并保溫90min進(jìn)行真空除氣，后在130MPa壓力下預(yù)壓成型，得預(yù)成型件；
[0075]4)熱壓成型:將步驟3)所得預(yù)成型件在30min內(nèi)由400°C升溫至600°C，后開(kāi)始加壓，每加壓30min停止加壓5min，如此反復(fù)至壓力為70MPa后，共保溫保壓3h，后進(jìn)行降溫，在高溫階段緩慢降溫，Ih降溫到500°C，在500°C至150°C以下快速降溫，降溫時(shí)間低于
0.5h，得成型件；
[0076]5)熱鍛:將步驟4)所得成型件在管式爐中以8°C /min的升溫速率升至530°C后，在氬氣保護(hù)下，預(yù)熱4h后，放入預(yù)熱溫度為480°C的模具桶內(nèi)，在300t的液壓機(jī)下進(jìn)行熱鍛，熱鍛壓力為200t，模具預(yù)熱溫度為460°C，熱鍛溫度為510°C，保壓20min，得熱鍛件；
[0077]6)熱處理:將步驟5)所得熱鍛件在495°C條件下進(jìn)行固溶處理2h，水淬后在200°C條件下進(jìn)行時(shí)效處理8h，即得。
[0078]實(shí)施例6
[0079]本實(shí)施例的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，由以下體積百分比的原料制成:納米碳化娃顆粒5%、微米碳化娃顆粒35%,余量為招合金粉。所述納米碳化娃顆粒的D50為IOOnm ;所述微米碳化娃顆粒的D50為3 μ m ;所述招合金粉的尺寸為10 μ m。
[0080]所述納米碳化硅顆粒是由以下方法制備的:將微米碳化硅顆粒進(jìn)行球磨，所述球磨的磨球?yàn)檠趸啠デ蛑睆綖?5mm，球料比為20:1，球磨15h，即得。
[0081]本實(shí)施例的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
[0082]I)配料:在氬氣保護(hù)下，取納米碳化硅顆粒、微米碳化硅顆粒和鋁合金粉在手套箱中進(jìn)行混合配料，投入密封罐，將密封罐抽真空后再充入氬氣，反復(fù)操作5次，得混合料；
[0083]2)球磨:將步驟I)所得混合料投入低溫高能球磨機(jī)的球磨罐中，瑪瑙磨球與原料的質(zhì)量比為20:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速300r/min，球磨罐環(huán)境工作溫度-20~20°C，每隔2h停機(jī)一次，冷卻0.5h后繼續(xù)球磨，球磨25h，得球磨料，將球磨料放入真空手套箱備用；
[0084]3)預(yù)成型:將步驟2)所得球磨料裝入耐熱鋼模具，將模具放入真空熱壓燒結(jié)設(shè)備中，抽真空至真空度為1\10_午3，設(shè)定加熱程序開(kāi)始加熱，30!1^11內(nèi)由室溫升溫至400°C并保溫90min進(jìn)行真空除氣，后在120MPa壓力下預(yù)壓成型，得預(yù)成型件；
[0085]4)熱壓成型:將步驟3)所得預(yù)成型件在30min內(nèi)由400°C升溫至580°C，后開(kāi)始加壓，每加壓30min停止加壓5min，如此反復(fù)至壓力為60MPa后，共保溫保壓4h，后進(jìn)行降溫，在高溫階段緩慢降溫，Ih降溫到500°C，在500°C至150°C以下快速降溫，降溫時(shí)間低于0.5h，得成型件；
[0086]5)熱鍛:將步驟4)所得成型件在管式爐中以8°C /min的升溫速率升至510°C后，在氬氣保護(hù)下，預(yù)熱3h后，放入預(yù)熱溫度為480°C的模具桶內(nèi)，在300t的液壓機(jī)下進(jìn)行熱鍛，熱鍛壓力為250t，模具預(yù)熱溫度為460°C，熱鍛溫度為500°C，保壓20min，得熱鍛件；
[0087]6)熱處理:將步驟5)所得熱鍛件在505°C條件下進(jìn)行固溶處理2.5h，水淬后在190°C條件下進(jìn)行時(shí)效處理12h，即得。
[0088]實(shí)驗(yàn)例
[0089]本實(shí)驗(yàn)例對(duì)實(shí)施例1~6所得復(fù)合材料的主要性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所
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[0090]表1實(shí)施例1~6所得復(fù)合材料的主要性能測(cè)試結(jié)果
[0091]測(cè)試項(xiàng)口抗拉強(qiáng)度熱膨脹系數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特征在于:由以下體積百分比的原料制成:納米碳化硅顆粒1%~8%、微米碳化硅顆粒35%，余量為鋁合金粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特征在于:所述納米碳化娃顆粒的尺寸為:40nm ≤ D50 ≤1OOnm ;所述微米碳化娃顆粒的尺寸為:1μ m≤D50 ≤3 μ m ;所述鋁合金粉的尺寸為8~12 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特征在于:所述納米碳化硅顆粒是由以下方法制備的:將微米碳化硅顆粒在-20~20°C條件下進(jìn)行球磨，所述球磨的磨球?yàn)檠趸e(cuò)，磨球直徑為5~15mm,球料比為20:1~80:1,球磨15~35h,即得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特征在于:所述鋁合金中除鋁元素外，還包含以下重量百分比的組分:Cu3.8%~4.9%, Mg 1.2%~1.8%、Si0.1% ~0.5%、Mn0.2% ~0.6%。
5.一種如權(quán)利要求1所述的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:包括下列步驟: O配料:在氬氣保護(hù)下，取納米碳化硅顆粒、微米碳化硅顆粒和鋁合金粉進(jìn)行混合，投入密封罐,將密封罐抽真空后再充入氬氣,反復(fù)操作2~5次，得混合料； 2)球磨:將步驟I)所得混合料在-20~20°C條件下進(jìn)行球磨，得球磨料； 3)預(yù)成型:將步驟2)所得球磨料裝入模具，在真空條件下加熱進(jìn)行真空除氣后，在120~150MPa壓力下預(yù)壓成型，得預(yù)成型件； 4)熱壓成型:將步驟3)所得預(yù)成型件加熱到560~600°C，在60~90MPa條件下保溫保壓2~4h后，先緩慢降溫至500°C，再快速降溫至150°C以下，得成型件； 5)熱鍛:將步驟4)所得成型件在氬氣保護(hù)下進(jìn)行預(yù)熱后，在480~510°C條件下進(jìn)行熱鍛，得熱鍛件； 6)熱處理:將步驟5)所得熱鍛件進(jìn)行固溶處理，水淬后進(jìn)行時(shí)效處理，即得。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟2)中,所述球磨的磨球?yàn)楝旇?磨球直徑5~15mm,球料比為10:1~20:1,轉(zhuǎn)速為220~380r/min ;所述球磨的時(shí)間為15~25h，每隔2h停機(jī)一次，冷卻0.5h后繼續(xù)球磨。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟3)中，所述真空條件的真空度≤1X KT2Pa ;所述真空除氣的溫度為400~450°C，時(shí)間為 90 ~120min。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟4)中，所述緩慢降溫是指將溫度降至500°C的時(shí)間為Ih ;所述快速降溫是指將溫度從500°C降至150°C以下的時(shí)間低于0.5h。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟5)中，所述預(yù)熱的溫度為510~530°C，預(yù)熱時(shí)間為3~4h ;所述熱鍛的壓力為200~250t，保壓時(shí)間為20~30min。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的航空用儀表級(jí)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟6)中，所述固溶處理的溫度為490~515°C，時(shí)間為2~3h ;所述時(shí)效處理的溫度為170~200°C，時(shí)間為8~16h。
【文檔編號(hào)】C22C21/00GK103773997SQ201410001002
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】郝世明, 謝敬佩, 王愛(ài)琴, 李繼文, 王文焱, 孫浩亮, 李洛利, 柳培 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)