[发明专利]铝基飞灰复合材料的制造方法

说明书

利用现有技术所揭示的制造方法制得的铝基飞灰铸件，其通常具有过多的孔隙或气孔，造成其机械性质下降或不佳。有鉴于此，本发明提出一种铝基飞灰复合材料的制造方法。本发明的制造方法特别地以浮筛与磁筛的方式完成对飞灰粗筛与精筛处理，接着再将完成预热的飞灰批次性地添加入熔融状态的铝基材内，最后再利用模浸速固法将混有飞灰的铝熔汤加工成铝基飞灰铸件。并且，实验数据显示，本发明所提出的铝基飞灰复合材料的制造方法的确有助于降低铝基飞灰铸件的孔隙率并维持或增强其机械性质。

技术领域

本发明关于铝基-飞灰(Aluminum-Fly Ash,ALFA)复合材料的技术领域，尤指能够降低内部孔隙并增强机械性质的一种铝基飞灰复合材料的制造方法。

背景技术

金属基复合材料(Metal Matrix Composite,MMC)藉由将至少一种强化相材料固溶至一基相金属或其合金之中而制得。其中，所述强化相材料多为无机非金属材料，例如：陶瓷(即，金属氧化物)、碳、硅、石墨、与硼。1993年，Pradeep K.Rohatgi通过令燃煤废弃物飞灰所包含的SiO2与Fe2O3等氧化物成分与铝基材产生化学反应，藉此生成氧化铝(Al2O3)以作为铝基材的强化相，而后制得铝基飞灰复合材料(Fly-Ash-Containing AluminumMatrix Composites)。

随着材料制造技术的持续进步，目前铝基飞灰复合材料的工艺技术主要有压力渗透法(Pressure infiltration)、粉末冶金法(Powder metallurgy)与复合铸造法(Compocasting)。其中，因具有低工艺成本的优点，复合铸造法目前被广泛地应用于铝基飞灰复合材料的制造。文献一即揭示应用复合铸造法制造铝基飞灰复合材料的有关技术。于此，文献一指的是：庄水旺等人，“工艺參數对飞灰在铝基飞灰复合材料中均匀性之影响”，铸造工程学刊，39卷1期(2013/03/01)，P22-P28。吾人可根据文献一得知现有的铝基飞灰复合材料的制造流程包括以下步骤：

步骤(1)：选用美国材料标准试验协会(ASTM)之C618-12a标准规范所规定的F级飞灰，其中，通过X射线绕射分析(X-Ray Diffraction,XRD)可知所述飞灰包含：52.73％的SiO₂、26.87％的Al₂O₃及5.11％的Fe₂O₃；

步骤(2)：对所述飞灰进行过筛，以筛选出颗粒大小介于53μm至106μm之间的飞灰；

步骤(3)：酸洗飞灰以去除其杂质；

步骤(4)：日本工业规格(Japanese Industrial Standards,JIS)所规范的ADC6铝合金，其中，所述ADC6铝合金的化学元素组成包括：0.45％的Si、3.15％的Mg、0.31％的Fe、0.17％的Mn、以及89.39％的Al；

步骤(5)：将飞灰置于一高温炉内并预热至800℃；

步骤(6)：将ADC6铝合金置于高周波熔解炉内，加热至700℃以熔解所述ADC6铝合金成为一铝熔汤；

步骤(7)：使用搅拌设备以500rpm的转速搅拌该铝熔汤，并于搅拌过程中以0.2克/秒的流量将完成预热的飞灰添加至所述铝熔汤之中；

步骤(8)：利用模浸速固法(Mold Immersed Rapid Solidification Process,MIRSP)将混有飞灰的铝熔汤加工成一铝基飞灰铸件。

本案的发明人基于多年的铝基飞灰复合材料的研究经验发现，上述步骤(1)至步骤(8)虽然可获得硬度高达58.13勃式硬度(BHN)的铝基飞灰铸件，然而此制造流程仍显示出以下实务缺点：