[发明专利]一种利用大塑性变形工艺制备富铝金属间化合物增强体预制块的方法

说明书

技术领域

本发明一种利用大塑性变形工艺制备富铝金属间化合物增强体预制块的方法，属于铝基复合材料制备技术领域。

背景技术

铝基复合材料在汽车生产上主要用于制造活塞以及其他汽车零部件。近年来国内大多数研究者基本上都采用原位生成颗粒增强铝基复合材料，原位铝基复合材料具有强化相多、设计性广、晶粒细小、综合性能好、增强体与基体界面结合牢固且结合强度高、成本相对较低且能进行近终型铸造等优势。代表性的复合材料有TiB₂和Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料。另外双相或多相颗粒增强铝基材料已引起人们的重视，如采用搅拌铸造和原位反应合成相结合的方法，制备了（TiB₂+SiC）/ZL109复合材料，弥补了单一的SiC颗粒强化的不足，复合材料的硬度比基体提高34.8%。原位反应合成（TiB₂+Al₃Ti）/Al6Si4Cu复合材料，其抗拉强度、硬度分别比AlSi6Cu4合金提高20%、29.6%。利用混合盐作用反应的方法合成Al₃Ti/Al复合材料，结果表明，Al₃Ti/Al复合材料的吸振能力比铝基的要高，并且与增强物Al₃Ti的体积分数是成比例的。杨滨等人开发的搅拌熔铸-原位反应颗粒增强铝基复合材料制备技术（发表于航空材料学报，1999年，19（4））用＜75μm的铝粉和＜50μm的钛粉和＜1μm的非晶硼粉或＜75μm石墨粉混合后压块加入工业纯铝中制备原位反应、体积分数为3%的TiB₂/Al和TiC/Al复合材料；但是这些技术制备复合材料时熔体温度需加热至800-1000℃。

专利：一种富铝金属间化合物增强铝基复合材料制备方法（CN201310730267.1），该方法将球磨后的复合金属粉末直接加入或转化为金属间化合物颗粒后直接加入铝合金熔体中，能够得到界面良好、力学性能优良的铝基复合材料。由于金属粉末经球磨后表面不可避免地存在氧化膜，影响复合粉末与熔体之间的润湿性，专利：一种金属间化合物颗粒Al3-M增强铝基复合材料的制备方法（ZL201310730115.1）提出一种采用球磨工艺制备亚微米级的富铝金属间化合物Al₃M颗粒增强铝基复合材料制备方法，该方法采用分步先行提高铝熔体中镁浓度添加金属间化合物颗粒的方法非常好的解决了金属间化合物增强颗粒与金属液不浸润的问题，在常规熔炼温度下制备的发动机箱体用复合材料具有良好界面和力学性能。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，所要解决的技术问题是解决经球磨后的复合粉末表面氧化膜影响其与熔体润湿问题，提供一种通过大塑性形变形方式，使经球磨后预压成块的复合粉末预制块经过强烈变形，使复合粉末表面氧化膜破碎，改善复合粉末与熔体润湿性和反应性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种利用大塑性变形工艺制备富铝金属间化合物增强体预制块的方法，包括以下步骤：

（1）将铝粉或者合金粉末和金属M粉按原子比3:1配制复合粉，放进球磨机在氩气氛保护下球磨，球磨转速300~600r/min，球料比20-40:1，球磨时间10h~50h；

（2）将球磨后的复合粉末在挤压机上预挤压成块状，挤压压力为50~100MPa；

（3）将经步骤（2）制备的预挤压块放置在真空炉或者氩气气氛保护的电炉中预热，预热温度为300~400℃，预热时间0.5h~2h；

（4）将步骤（3）预热后的预挤压块采用大塑性变形工艺，使复合金属粉末在模具中经历强烈变形，得到富铝金属间化合物增强体预制块。

步骤（1）中的金属粉M为钛、锆、铁、钪或铒中的一种。

步骤（4）所采用的大塑性变形工艺为等径转角挤压工艺、高压旋转挤压工艺、反复重叠压接工艺、循环挤压工艺。

所述的方法制备的富铝金属间化合物增强体预制块，当增强体预制块为铝粉和金属M粉配制时，预制块用作基体为铝基的复合材料的增强体或基体为合金的复合材料的增强体；当增强体预制块为合金粉末和金属M粉配制时，预制块用作基体成分同合金粉末相同的的复合材料的增强体。

所述的富铝金属间化合物增强体预制块，预制块通过搅拌铸造法添加到基体中制成铝基复合材料。

步骤（1）中的复合材料基体合金粉末为同基体铝合金成分相同的铝硅合金粉末或铸造铝铜合金。