本發(fā)明一種利用大塑性變形工藝制備富鋁金屬間化合物增強(qiáng)體預(yù)制塊的方法，屬于鋁基復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鋁基復(fù)合材料在汽車生產(chǎn)上主要用于制造活塞以及其他汽車零部件。近年來國內(nèi)大多數(shù)研究者基本上都采用原位生成顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，原位鋁基復(fù)合材料具有強(qiáng)化相多、設(shè)計性廣、晶粒細(xì)小、綜合性能好、增強(qiáng)體與基體界面結(jié)合牢固且結(jié)合強(qiáng)度高、成本相對較低且能進(jìn)行近終型鑄造等優(yōu)勢。代表性的復(fù)合材料有TiB₂和Al₂O₃顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。另外雙相或多相顆粒增強(qiáng)鋁基材料已引起人們的重視，如采用攪拌鑄造和原位反應(yīng)合成相結(jié)合的方法，制備了（TiB₂+SiC）/ZL109復(fù)合材料，彌補(bǔ)了單一的SiC顆粒強(qiáng)化的不足，復(fù)合材料的硬度比基體提高34.8%。原位反應(yīng)合成（TiB₂+Al₃Ti）/Al6Si4Cu復(fù)合材料，其抗拉強(qiáng)度、硬度分別比AlSi6Cu4合金提高20%、29.6%。利用混合鹽作用反應(yīng)的方法合成Al₃Ti/Al復(fù)合材料，結(jié)果表明，Al₃Ti/Al復(fù)合材料的吸振能力比鋁基的要高，并且與增強(qiáng)物Al₃Ti的體積分?jǐn)?shù)是成比例的。楊濱等人開發(fā)的攪拌熔鑄-原位反應(yīng)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備技術(shù)（發(fā)表于航空材料學(xué)報，1999年，19（4））用＜75μm的鋁粉和＜50μm的鈦粉和＜1μm的非晶硼粉或＜75μm石墨粉混合后壓塊加入工業(yè)純鋁中制備原位反應(yīng)、體積分?jǐn)?shù)為3%的TiB₂/Al和TiC/Al復(fù)合材料；但是這些技術(shù)制備復(fù)合材料時熔體溫度需加熱至800-1000℃。

專利：一種富鋁金屬間化合物增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備方法（CN201310730267.1），該方法將球磨后的復(fù)合金屬粉末直接加入或轉(zhuǎn)化為金屬間化合物顆粒后直接加入鋁合金熔體中，能夠得到界面良好、力學(xué)性能優(yōu)良的鋁基復(fù)合材料。由于金屬粉末經(jīng)球磨后表面不可避免地存在氧化膜，影響復(fù)合粉末與熔體之間的潤濕性，專利：一種金屬間化合物顆粒Al3-M增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法（ZL201310730115.1）提出一種采用球磨工藝制備亞微米級的富鋁金屬間化合物Al₃M顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備方法，該方法采用分步先行提高鋁熔體中鎂濃度添加金屬間化合物顆粒的方法非常好的解決了金屬間化合物增強(qiáng)顆粒與金屬液不浸潤的問題，在常規(guī)熔煉溫度下制備的發(fā)動機(jī)箱體用復(fù)合材料具有良好界面和力學(xué)性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，所要解決的技術(shù)問題是解決經(jīng)球磨后的復(fù)合粉末表面氧化膜影響其與熔體潤濕問題，提供一種通過大塑性形變形方式，使經(jīng)球磨后預(yù)壓成塊的復(fù)合粉末預(yù)制塊經(jīng)過強(qiáng)烈變形，使復(fù)合粉末表面氧化膜破碎，改善復(fù)合粉末與熔體潤濕性和反應(yīng)性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種利用大塑性變形工藝制備富鋁金屬間化合物增強(qiáng)體預(yù)制塊的方法，包括以下步驟：

（1）將鋁粉或者合金粉末和金屬M粉按原子比3:1配制復(fù)合粉，放進(jìn)球磨機(jī)在氬氣氛保護(hù)下球磨，球磨轉(zhuǎn)速300~600r/min，球料比20-40:1，球磨時間10h~50h；

（2）將球磨后的復(fù)合粉末在擠壓機(jī)上預(yù)擠壓成塊狀，擠壓壓力為50~100MPa；

（3）將經(jīng)步驟（2）制備的預(yù)擠壓塊放置在真空爐或者氬氣氣氛保護(hù)的電爐中預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300~400℃，預(yù)熱時間0.5h~2h；

（4）將步驟（3）預(yù)熱后的預(yù)擠壓塊采用大塑性變形工藝，使復(fù)合金屬粉末在模具中經(jīng)歷強(qiáng)烈變形，得到富鋁金屬間化合物增強(qiáng)體預(yù)制塊。

步驟（1）中的金屬粉M為鈦、鋯、鐵、鈧或鉺中的一種。

步驟（4）所采用的大塑性變形工藝為等徑轉(zhuǎn)角擠壓工藝、高壓旋轉(zhuǎn)擠壓工藝、反復(fù)重疊壓接工藝、循環(huán)擠壓工藝。

所述的方法制備的富鋁金屬間化合物增強(qiáng)體預(yù)制塊，當(dāng)增強(qiáng)體預(yù)制塊為鋁粉和金屬M粉配制時，預(yù)制塊用作基體為鋁基的復(fù)合材料的增強(qiáng)體或基體為合金的復(fù)合材料的增強(qiáng)體；當(dāng)增強(qiáng)體預(yù)制塊為合金粉末和金屬M粉配制時，預(yù)制塊用作基體成分同合金粉末相同的的復(fù)合材料的增強(qiáng)體。

所述的富鋁金屬間化合物增強(qiáng)體預(yù)制塊，預(yù)制塊通過攪拌鑄造法添加到基體中制成鋁基復(fù)合材料。

步驟（1）中的復(fù)合材料基體合金粉末為同基體鋁合金成分相同的鋁硅合金粉末或鑄造鋁銅合金。

本發(fā)明利用大塑性形變形工藝，目的是為了使經(jīng)球磨后預(yù)壓成塊的復(fù)合粉末經(jīng)過強(qiáng)烈變形的后，使其表面氧化膜破碎。因此所有的大塑性形變形工藝的方式都適用于本發(fā)明，各種不同大塑性形變形工藝的參數(shù)，在其正常的運行參數(shù)范圍內(nèi)都能達(dá)到本發(fā)明所要達(dá)到的效果。例如等徑轉(zhuǎn)角擠壓變形工藝，預(yù)熱溫度設(shè)定為為300~400℃，壓力設(shè)定在300-500MPa，即可以達(dá)到使復(fù)合粉末表面氧化膜破碎的作用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下有益效果。

本發(fā)明通過大塑性形變形方式，使經(jīng)球磨后預(yù)壓成塊的復(fù)合粉末預(yù)制塊經(jīng)過強(qiáng)烈變形，使復(fù)合粉末表面氧化膜破碎，改善復(fù)合粉末與熔體潤濕性和反應(yīng)性。用攪拌法制備鋁基復(fù)合材料用復(fù)合粉末增強(qiáng)體預(yù)制塊在加入鋁熔體后更易分散，增強(qiáng)顆粒和鋁熔體潤濕性好，在常規(guī)熔煉溫度下制備的復(fù)合材料具有良好界面和力學(xué)性能。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實施例1

一種利用大塑性變形工藝制備富鋁金屬間化合物增強(qiáng)體預(yù)制塊的方法，包括以下步驟：

（1）將鋁粉和金屬鈦粉按原子比3:1配制復(fù)合粉，放進(jìn)球磨機(jī)在氬氣氛保護(hù)下球磨，球磨轉(zhuǎn)速300r/min，球料比20:1，球磨時間50h；

（2）將球磨后的復(fù)合粉末在擠壓機(jī)上預(yù)擠壓成塊狀，擠壓壓力為50MPa；

（3）將經(jīng)步驟（2）制備的預(yù)擠壓塊放置在真空爐或者氬氣氣氛保護(hù)的電爐中預(yù)熱，預(yù)熱溫度為400℃，預(yù)熱時間0.5h；

（4）將步驟（3）預(yù)熱后的預(yù)擠壓塊采用大塑性變形工藝，等徑轉(zhuǎn)角擠壓，使復(fù)合金屬粉末在模具中經(jīng)歷強(qiáng)烈變形，得到富鋁金屬間化合物增強(qiáng)體預(yù)制塊。

實施例2

一種利用大塑性變形工藝制備富鋁金屬間化合物增強(qiáng)體預(yù)制塊的方法，包括以下步驟：

（1）將鋁粉和金屬鋯粉按原子比3:1配制復(fù)合粉，放進(jìn)球磨機(jī)在氬氣氛保護(hù)下球磨，球磨轉(zhuǎn)速600r/min，球料比40:1，球磨時間10h；

（2）將球磨后的復(fù)合粉末在擠壓機(jī)上預(yù)擠壓成塊狀，擠壓壓力為100MPa；

（3）將經(jīng)步驟（2）制備的預(yù)擠壓塊放置在真空爐或者氬氣氣氛保護(hù)的電爐中預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300℃，預(yù)熱時間2h；

（4）將步驟（3）預(yù)熱后的預(yù)擠壓塊采用大塑性變形工藝，高壓旋轉(zhuǎn)擠壓，使復(fù)合金屬粉末在模具中經(jīng)歷強(qiáng)烈變形，得到富鋁金屬間化合物增強(qiáng)體預(yù)制塊。

實施例3

一種利用大塑性變形工藝制備富鋁金屬間化合物增強(qiáng)體預(yù)制塊的方法，包括以下步驟：

（1）鋁硅合金粉末和金屬鈧粉按原子比3:1配制復(fù)合粉，放進(jìn)球磨機(jī)在氬氣氛保護(hù)下球磨，球磨轉(zhuǎn)速400r/min，球料比30:1，球磨時間20h；

（2）將球磨后的復(fù)合粉末在擠壓機(jī)上預(yù)擠壓成塊狀，擠壓壓力為80MPa；

（3）將經(jīng)步驟（2）制備的預(yù)擠壓塊放置在真空爐或者氬氣氣氛保護(hù)的電爐中預(yù)熱，預(yù)熱溫度為350℃，預(yù)熱時間1h；

（4）將步驟（3）預(yù)熱后的預(yù)擠壓塊采用大塑性變形工藝，等徑轉(zhuǎn)角擠壓，使復(fù)合金屬粉末在模具中經(jīng)歷強(qiáng)烈變形，得到富鋁金屬間化合物增強(qiáng)體預(yù)制塊。

實施例4

一種利用大塑性變形工藝制備富鋁金屬間化合物增強(qiáng)體預(yù)制塊的方法，包括以下步驟：

（1）將鑄造鋁銅合金粉末和金屬鐵粉按原子比3:1配制復(fù)合粉，放進(jìn)球磨機(jī)在氬氣氛保護(hù)下球磨，球磨轉(zhuǎn)速500r/min，球料比35:1，球磨時間40h；

（2）將球磨后的復(fù)合粉末在擠壓機(jī)上預(yù)擠壓成塊狀，擠壓壓力為75MPa；

（3）將經(jīng)步驟（2）制備的預(yù)擠壓塊放置在真空爐或者氬氣氣氛保護(hù)的電爐中預(yù)熱，預(yù)熱溫度為350℃，預(yù)熱時間1h；

（4）將步驟（3）預(yù)熱后的預(yù)擠壓塊采用大塑性變形工藝，高壓旋轉(zhuǎn)擠壓，使復(fù)合金屬粉末在模具中經(jīng)歷強(qiáng)烈變形，得到富鋁金屬間化合物增強(qiáng)體預(yù)制塊。

本發(fā)明可用其他的不違背本發(fā)明的精神或主要特征的具體形式來概述。因此，無論從哪一點來看，本發(fā)明的上述實施方案都只能認(rèn)為是對本發(fā)明的說明而不能限制發(fā)明，權(quán)利要求書指出了本發(fā)明的范圍，而上述的說明并未指出本發(fā)明的范圍，因此，在與本發(fā)明的權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何變化，都應(yīng)認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。