[发明专利]一种半固态A356铝合金表面复合SiC颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半固态A356铝合金表面表面复合SiC颗粒的方法，属于轻合金新材料技术领域。

背景技术

碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有较高的比强度、比刚度、弹性模量、耐磨性和地的热膨胀系数等优良特性，而且还具有各向同性，并能适合于不同的加工方法。与连续体增强金属基复合材料相比，SiCp/Al改善了塑性，减少了力学性能的方向性，且制造工艺简便，成本不高，具有良好的发展前景。

在国内，合肥工业大学关于“高能超声半固态复合法制备SiCp/Al复合材料”做了深入的研究；湖南大学已将其应用于“高速列车制动盘及其闸片的制备”；南京航空航天大学做了关于“超精密车削的基础研究”。颗粒增强铝基复合材料应用在汽车上，可减少汽车重量并提高其性能，而且可节油，减少污染和延长寿命。

虽然液态A356铝合金整体复合SiC颗粒制动器性能的好坏不仅与制动盘本身有关，而且与对磨的合成闸片材料的整体性能有关，能否研制出与铝基复合材料相匹配的摩擦材料，是决定铝基复合材料能否推广应用的关键因素，这也成为铝基复合材料制动器的一个方向。但是，液态A356铝合金整体复合SiC颗粒时还存在能耗高、成本高等问题

目前还没有半固态A356铝合金表面复合SiC颗粒相关的研究；另外其工艺性能的研究仍为空白。

发明内容

为解决液态A356铝合金整体复合SiC颗粒时能耗、成本高等问题，本发明的目的是提供一种半固态A356铝合金表面复合SiC颗粒的方法，克服半固态制备与表面复合时连续性等问题；而且SiC颗粒强化的半固态A356铝合金复合材料具有成本低廉、各向异性小、容易成形、高的耐磨性、可用常规技术进行二次加工与机械加工等特点。

本发明通过下列技术方案实现：一种半固态A356铝合金表面复合SiC颗粒的方法，经过下列各步骤：

（1）将SiC颗粒加热到800～1000℃，保温20～30分钟后随炉冷却到室温；

（2）在700～720℃温度下将A356铝合金熔化成液态并保温10～20分钟，随后将其倒入自制的坩埚中；

（3）将步骤（2）中的液态A356铝合金的温度控制在液相线以上5～15℃（618～628℃），并对其进行搅拌5S～8S，同时控制温度为575～613℃（即固液相区间），使其生成初生α铝晶粒组织，即得到半固态A356铝合金浆料；

（4）将步骤（1）所得SiC颗粒均匀撒在步骤（3）所得半固态A356铝合金浆料的表面，然后在压力作用下将SiC颗粒嵌入半固态A356铝合金基体表面形成复合层。

所述步骤（3）的搅拌是将旋转的冷却棒插入铝液距离液面3/4～4/5处，在转速为100r/min～1500r/min下进行搅拌。

所述步骤（4）中SiC颗粒与半固态A356铝合金浆料的质量比为1︰25～1︰40。

图1～3中的黑色块状为SiC颗粒，白色为铝基，且部分SiC颗粒有明显裂纹说明在压力复合时压力过大造成，另外，SiC颗粒在过渡层的分布从少到多，梯度分布也比较明显。图3为铝基（A356）半固态组织的金像照片（50倍、100倍），白色类球状基体为初生α铝，灰色点状为共晶硅。半固态球状组织为这种复合材料提供了良好的基体：复合层的SiC颗粒硬度大、韧性差，而半固态球状组织致密且粘度高在摩擦试验中球与球之间易滑动，从而提高了复合材料的耐磨性。

本发明具备的优点和效果：

本发明选用目前应用最广泛的SiC颗粒作为增强相制备半固态铝合金A356表面复合材料，具有低能耗、低成本、简洁实用的工艺流程，使其有良好的耐磨性、耐腐蚀性、冲击韧性等，为复合材料的廉价生产开辟了一条新途径。

半固态A356铝合金表面复合SiC颗粒，既有半固态A356铝合金的低能耗、成形性能好，又具有SiC颗粒的高硬度和耐磨性。

本发明是通过半固态A356铝合金表面表面复合SiC颗粒新制备工艺，既节省了能源又保证良好的性能，表面的耐磨性因基体半固态组织而大大提高；克服半固态制备与表面复合时连续性。相比较在半固态下表面复合SiC颗粒，在半固态上表面复合SiC颗粒复合效果更好且耐磨性有很大提高。该方法所得基材表面复合SiC颗粒的材料不仅能提高基材表面复合层的硬度、耐磨性；同时该方法显著减小了热处理环节，大大降低能耗，提高生产效率。具有成本低廉、各向异性小、容易成形、高的耐磨性、可用常规技术进行二次加工与机械加工等特点。

附图说明

图1为实施例1所得半固态A356铝合金表面复合SiC颗粒形成复合层的过渡层金相图；