[发明专利]一种超声辅助旋喷搅拌制备准晶增强铝基复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种超声辅助旋喷搅拌制备准晶增强铝基复合材料的方法，是针对增强体颗粒与基体材料之间润湿性差、易发生团聚、分布不均，复合材料性能低的问题，采用高硬度和低表面能的铝铜铁准晶做增强体，以提高增强体颗粒与基体的润湿性，采用超声波辅助旋喷搅拌的方法制备准晶增强铝基复合材料，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，金相组织中初生α‑Al晶粒呈现球状或近球状，树枝状的α‑Al基本消失，初生α‑Al晶粒分布均匀，晶粒尺寸细化，抗拉强度达265Mpa，延伸率达9.5％，硬度达89HV，是先进的准晶增强铝基复合材料的制备方法。

技术领域

本发明涉及一种超声辅助旋喷搅拌制备准晶增强铝基复合材料的方法，属有色金属材料制备及应用的技术领域。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料是金属基复合材料研究领域中的热点，当前已进入了颗粒增强铝基复合材料应用及开发阶段，并将颗粒增强铝基复合材料列为21世纪新材料研究应用的重要方向。

制备颗粒增强铝基复合材料常用搅拌铸造法，是将增强体加入到强烈搅拌的金属熔体中，搅拌后进行浇铸成型，制得复合材料；由于该制备工艺简单易行、成本低而被广泛研究，目前在航空航天、汽车工业、机械制造和体育器材方面有许多应用实例；然而，该工艺在制备过程中难以解决基体材料与增强体颗粒之间润湿性差的问题，在搅拌过程中增强体颗粒易聚集成团，造成分布不均，制得的材料易出现第二相偏析；同时，该工艺大多是将增强体颗粒从上部直接添加到金属熔体中，由于增强体颗粒与基体材料的密度不同以及重力因素，极易造成增强体颗粒团聚沉淀或上浮；在浇铸过程中，增强体颗粒由于失去外力作用与基体亲和度下降，团聚将会再次发生，进一步造成复合材料内分布不均匀，致使颗粒增强铝基复合材料的综合性能下降。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的不足，在铝基体中添加高硬度和低表面能的铝铜铁准晶为增强体，经熔炼炉熔炼、复合搅拌炉内超声波辅助旋喷搅拌，使准晶颗粒与半固态合金熔体进行混合，然后浇注成型，制得准晶增强铝基复合材料，以提高铝基复合材料的力学性能。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：铝合金、铝铜铁准晶、无水乙醇、氩气、氧化锌脱模剂，其准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

铝合金：ZL101A 固态块体 15000g±1g

铝铜铁准晶：Al₆₄Cu₂₄Fe₁₂ 固态粉体 750g±1g

无水乙醇：C₂H₅OH 液态液体 3000mL±50mL

氩气：Ar 气态气体 800000cm³±100cm³

氧化锌脱模剂： 液态液体 150mL±5mL

制备方法如下：

(1)制备成型模具

成型模具用热作模具钢制造，模具型腔为圆筒形，型腔表面粗糙度均为：Ra0.08-0.16μm，型腔斜度角为5°；

(2)预处理铝铜铁准晶

球磨，将铝铜铁准晶750g±1g置于球磨机的球磨罐内，进行球磨，磨球与粉体的体积比为3:1，球磨时间3.5h，球磨后成铝铜铁准晶细粉；

筛选，将铝铜铁准晶细粉用400目筛网过筛，球磨、过筛反复进行，成铝铜铁准晶粉末；

(3)铝合金切块