[发明专利]一种铝基复合材料及其半固态制备方法

说明书

本发明公开了一种铝基复合材料及其半固态制备方法，该复合材料按体积百分比包括：6％～14％陶瓷颗粒和86～94％铝合金。其制备方法包括：粉体表面改性处理、熔融合金液制备、半固态浆料制备、复合材料坯料制备、复合材料坯料热处理。本发明能够实现高品质、低成本复合材料及其半固态近净成型制备，且通过粉体表面改性处理、熔融合金液成分设计和复合材料的热处理工艺，实现高品质铝基复合材料的制备，该工艺过程流程简单、成本低、成品率高。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料技术领域，具体涉及一种铝基复合材料及其半固态制备方法。

背景技术

随着国家工业尤其是汽车以及交通等工业领域的快速发展，对材料的综合品质、轻量化、成本等提出了更高的要求。应用于新能源汽车产业的传统6系铝合金强度已经达到300MPa以上，若要实现更高性能的材料，一方面可以提升现有6系合金的综合品质，但是这也意味着合金化程度的提升和成本的提高；另一方面可以更换合金系列，如2系和7系铝合金，然而该两系合金属于高强铝合金，对汽车用型材来说，生产制造成本将大幅提升。铝基复合材料具备的高比强度、高比刚度等特征在汽车轻量化领域也展现了较大的应用潜力。然而传统铝基复合材料制备方法，如挤压铸造法、粉末冶金法等，相比于铝合金材料，成本较高，汽车领域用材难以接受如此高的价格。

半固态方法为铝基复合材料低成本制造的可选方法之一，最主要的原因是利用半固态方法制备复合材料可以实现近净成型，极大程度减少材料的加工余量，提升材料的利用率。然而半固态法制备铝基复合材料最大的挑战是材料内部气孔率及致密度的控制，尤其是界面结构控制。

此外，专利CN111218587A公开了一种铝基复合材料及其制备方法，该方法提供了一种具有柔化界面的复合材料制备方法，该方法通过碳化硼表面清理进行表面处理，同时复合材料在制备过程中形成柔性界面，进而实现优良的力学性能和变形能力。然而不足的是该方法方案过于繁琐，尤其是粉体的处理不仅要通过水洗，还要在特定的温度下进行加热处理，生产效率低，制备过程中复合材料制备后还需要进一步的挤压变形处理，成本略高。

因此，在现有汽车等产业发展的大形势下，在现有技术不足的前提下，亟待优化现有铝基复合材料半固态制备方法，多方面改善现有复合材料质量，实现铝基复合材料的低成本广泛应用。

发明内容

针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种铝基复合材料及其半固态制备方法，通过粉体处理，制备工艺参数优化合金改性等实现铝基复合材料的高品质、低成本、产业化生产。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种铝基复合材料，其特征在于，所述复合材料按体积百分比计包括：6％～14％陶瓷颗粒和86％～94％铝合金；所述陶瓷颗粒为碳化硼、碳化硅、氧化铝和二硼化钛中的一种或几种；所述铝合金为6系铝合金，所述6系铝合金包括以下按质量百分比计的组分：Si1.32～1.35％，Fe 0.20～0.25％，Mn 0.86～0.96％，Mg 1.10～1.15％，Ti 0.12～0.15％，其余为Al。

根据上述的铝基复合材料，其特征在于，所述陶瓷颗粒的尺寸为5-15μm。

一种如上所述的铝基复合材料的半固态制备方法，其特征在于，所述方法步骤包括：

(1)粉体表面改性处理：将所述陶瓷颗粒粉经球磨得到粉末A；

(2)熔融合金液制备：按照铝合金质量百分比的要求，将铝合金原料添加至熔炼炉中融化，得到熔融合金液；

(3)半固态浆料制备：将步骤(1)得到的粉末A加入到步骤(2)得到的熔融合金液中，经搅拌得到的混合熔体进行除气、搅拌，同步降低混合熔体温度，得到复合材料半固态浆料；

(4)复合材料坯料制备：将步骤(3)得到的复合材料半固态浆料置于模具中，进行压铸，冷却脱模后得到复合材料坯料；