專利名稱：一種鋁基復合材料的制備方法
技術領域：
本發明是一種鋁基復合材料的制備方法，屬于反應鑄造法合成金屬基復合材料技術領域。
制備鋁基復合材料，通常采用外加增強體的方法，由于外加增強體與基體之間的物理、化學不相容性，嚴重影響了增強效果；同時，金屬液對外加顆粒很難潤濕，外加顆粒與基體之間存在的界面反應，也影響了復合材料的性能，且該方法制備成本高。這些問題很大程度上制約了鋁基復合材料的研究與推廣應用。原位反應法是近年來出現的另一種制備金屬基復合材料的方法，參見李春玉等著《原位反應復合法制備金屬基復合材料的進展》一文(《材料工程》1995年第11期)，由于該法直接從基體中反應生成增強體，因此，增強體與基體間的結合較好，顆粒細小均勻。但該法目前僅局限于制備TiC、TiB、AlN等少數幾種顆粒增強復合材料，而且對設備要求高，工藝較復雜，故生產成本高，復合材料還需經二次加工方能使用。
本發明的目的在于，克服和解決上述制備鋁基復合材料的現有技術中存在的外加增強體與基體之間有物理、化學不相容性、金屬液對外加顆粒很難潤濕、外加顆粒與基體之間存在界面反應等問題，通過將攪拌鑄造法和原位反應法相結合，提供一種增強體與基體界面相容性好的鋁基復合材料的制備方法。
本發明方法是通過下述技術方案來實現的本發明方法利用現有鋁合金常規熔煉設備，首先將鋁合金加熱熔化，升溫到950℃以上；向熔體中按質量百分比5％～40％加入Al2(SO4)3粉體，進行攪拌，直到無氣泡冒出為止；將熔體降溫至650℃～750℃，擠壓鑄造成型。為了除去油污和結晶水以減少吸氫及盡量避免鑄造缺陷的形成，可以先將Al2(SO4)3粉體在400℃～600℃下加熱1～3小時。為了降低對設備的要求，鋁合金熔體可以升溫至950℃～1100℃。本發明方法的原理是將攪拌鑄造法和原位反應法結合起來，使Al2(SO4)3粉體在950℃以上時迅速自發分解為Al2O3和SO3，即由于分解反應生成的陶瓷粒子尺寸達到亞微米級，與基體的界面相容性好，因而較現有的外加顆粒增強復合材料具有更高的強度、模量以及良好的高溫性能。同時，分解出的SO3繼續與熔融鋁液發生反應，即Al2O3原位合成彌散增強鋁基復合材料，反應生成的SO2可以對熔體進行精煉、除氣，進一步改善了顆粒增強體中顆粒分布不均勻、氣孔率高、性能不穩定等缺陷。
本發明方法與現有技術相比具有如下優點和有益效果1．本發明方法以現有的鋁合金熔煉工藝為基礎，將攪拌鑄造法和原位反應法結合使用，采用現有鋁合金常規熔煉設備，且原料Al2(SO4)3價格低廉，在熔體中直接合成增強顆粒，復合材料經常規熱處理即可使用，大大改善了一般原位反應法所存在的對設備要求高、工藝復雜、生產成本高、復合材料需二次加工方可使用等缺陷，因此制備成本低，攪拌鑄造的工藝簡單，不需要二次加工，可以實現大批量工業化生產。
2．采用本發明方法，Al2O3的數量可以在較大范圍內通過Al2(SO4)3加入量來調整，增強體顆粒尺寸可達亞微米級，與基體界面相容性好，同時由于SO2的作用，增強體顆粒分布均勻，氣孔率低，并且復合材料的性能穩定。
3．采用本發明方法制備的鋁基復合材料，具有高耐磨、高韌性的性能，應用前景廣闊。
本發明方法的實施例如下實施例一首先將235克Al2(SO4)3粉體在600℃下加熱2小時；同時將2500克鋁合金ZL109加熱熔化后，升溫到950℃；向熔體中加入Al2(SO4)3粉體，進行攪拌，直到無氣泡冒出為止；將熔體降溫至700℃，擠壓鑄造成型。
實施例二首先將470克Al2(SO4)3粉體在500℃下加熱1小時；同時將2500克鋁合金Al-9Si加熱熔化后，升溫到980℃；向熔體中加入Al2(SO4)3粉體，進行攪拌，直到無氣泡冒出為止；將熔體降溫至650℃，擠壓鑄造成型。
實施例三首先將1000克Al2(SO4)3粉體在400℃下加熱3小時；同時將2500克鋁合金Al-6Cu加熱熔化后，升溫到1100℃；向熔體中加入Al2(SO4)3粉體，進行攪拌，直到無氣泡冒出為止；將熔體降溫至750℃，擠壓鑄造成型。
上述三個實施例制備的鋁基復合材料，氣孔率最大為0.8％，在載荷為150N、轉速為400r/min、20#機油潤滑條件下，磨損時間為30min，材料的磨損性能見表1。在載荷為50N、轉速為400r/min、干磨條件下，磨損時間為30min，材料的磨損性能見表2。表1
表2
從表1和2中可以看出，復合材料與基體材料相比，材料的摩擦系數降低，耐磨性提高，為基體材料的4～7倍。
權利要求
1．一種鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，它利用現有鋁合金常規熔煉設備，首先將鋁合金加熱熔化，升溫到950℃以上；向熔體中按質量百分比5％～40％加入Al2(SO4)3粉體，進行攪拌，直到無氣泡冒出為止；將熔體降溫至650℃～750℃，擠壓鑄造成型。
2．根據權利要求1所述的一種鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，先將Al2(SO4)3粉體在400℃～600℃下加熱1～3小時。
3．根據權利要求1或2所述的一種鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，將鋁合金加熱熔化，升溫至950℃～1100℃。
全文摘要
本發明是一種鋁基復合材料的制備方法，它利用現有鋁合金常規熔煉設備，通過將攪拌鑄造法和原位反應法相結合，使Al
文檔編號C22C21/00GK1238391SQ9911624
公開日1999年12月15日 申請日期1999年6月21日 優先權日1999年6月21日
發明者歐陽柳章, 隋賢棟, 羅承萍 申請人:華南理工大學