[发明专利]一种陶瓷粉末增强锌铝合金基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷粉末增强锌铝合金基复合材料的制备方法，特别是指采用合金粉末中加入陶瓷粉末，高压热锻粉末预制件得到复合材料，再对复合材料进行热处理优化其性能的方法；属于复合材料制备技术领域。

背景技术

锌铝合金具有良好力学和耐磨减摩性能、熔点低、耗能少、成本低廉、成型方便，可代替铜合金甚至铝合金制备轴瓦、轴套、轴承等耐磨构件，备受人们的关注。但其共晶温度低，凝固区间大，高温强度很低。此外，Zn-Al系α相的固溶度随温度升高变化较大，组织欠稳定，也限制其耐热性的提高。因此，大多数锌铝合金实际使用温度最高不超过150℃，实际摩擦过程中，由于润滑不良及高速运转引起摩擦生热会使温度高达150℃甚至200℃以上，显然会严重恶化ZA合金的使用性能，限制了它的使用范围。采用陶瓷粉末强化手段可以显著改善其相关性能并能提高常温力学性能，受各国学者的广泛关注。

目前陶瓷粉末增强锌基复合材料复合材料的制备方法有挤压铸造法，半固态搅溶铸造法，离心铸造法，液态浸渗法，粉末烧结法以及原位生成法。欧阳柳章及隋贤栋用挤压铸造方法成功地浇注锌铝基复合材料活塞；王俊利用半固态搅溶铸造法制备出SiC颗粒增强锌铝基复合材料；刘政等利用液态浸渍法制备了氧化铝增强锌合金复合材料。不管是挤压铸造法还是离心铸造法，都要求合金的熔液对增强颗粒有很好的润湿性，但是锌铝合金对SiC这样的颗粒润湿性很差，因此制备的复合材料增强颗粒的团聚性太大，使其力学性能严重下降。半固态搅溶铸造法利用固相粒子对SiC阻挡和滞留的作用，在一定程度能够克服上面两种方法的缺陷，但仍然不能解决增强体的团聚现象，只是减小了团聚颗粒的尺度。液态浸渗法不能制出预定比例的复合材料，原位生成法制造Si颗粒增强的复合材料还行，但是低温下生成SiC，ZrO₂等颗粒不太可能，所以不能用于制造SiC，ZrO₂等颗粒增强锌基复合材料，特别是高陶瓷颗粒体积分数的复合材料。

粉末烧结法虽然增强体的加入量可以任意调节，成分比例准确，体积分数控制方便；但制造出的复合材料的内部组织，出现不均匀，孔洞率较大，严重影响了复合材料的力学性能。特别是锌铝合金熔点低，合金中的原子尺寸大，并且与陶瓷颗粒的润湿性差，烧结很难使复合材料组织致密，难得到性能优异的锌铝合金基复合材料。这也是这么多年粉末冶金法没有在锌铝合金基复合材料领域得到广泛应用的原因。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单、操作方便、制备的锌铝合金基体与强化相分布均匀、组织致密、综合力学性能好的陶瓷粉末增强锌铝合金基复合材料的制备方法；

本发明一种陶瓷粉末增强锌铝合金基复合材料的制备方法，包括下述步骤：

第一步：取雾化锌铝合金粉末与陶瓷粉末按质量比：陶瓷粉末∶锌铝合金粉末＝1∶(53～2.8)混合，球磨过100目筛后对粉末进行成型，制成粉末预制块；

第二步：将粉末预制块在保护气氛下预热至热锻上限温度以上10～20℃，对预热后的粉末预制块在300℃～370℃热锻，得到陶瓷粉末增强的锌合金基复合材料；预热的升温速率为5～10℃/min；

第三步：将第二步所得锌合金基复合材料在370～420℃范围内保温2～5h后，在90～125℃，时效9～12h。

本发明一种陶瓷粉末增强锌铝合金基复合材料的制备方法中，所述的锌铝合金组分按重量百分比组成为：Al 8％～35％，Cu 0.05％～5％，余量为Zn和总量不超过0.3％的Fe及其他不可避免的杂质。

本发明一种陶瓷粉末增强锌铝合金基复合材料的制备方法中，所述的锌铝合金组分按重量百分比组成为：Al 8％～35％，Cu 0.05％～5％，Ti 0.2～0.4％，Mg 0.02％～1％，余量为Zn和总量不超过0.3％的Fe及其他不可避免的杂质。

本发明一种陶瓷粉末增强锌铝合金基复合材料的制备方法中，所述的陶瓷粉末选自SiC，Al₂O₃，ZrO₂，TiC，B₄C，Si₃N₄，Cr₂O₃中的至少一种；所述的陶瓷粉末为颗粒状或纤维状。

本发明一种陶瓷粉末增强锌铝合金基复合材料的制备方法中，所述锌铝合金粉末的粒径小于等于20μm，陶瓷颗粒的粒径为1～50μm或陶瓷短纤维的长度为50μm～1000μm。