铝基复合材料制备加工一体化

铝基复合材料之 Ⅰ、创新性思维综述 Ⅱ、原理与关键技术 Ⅲ、应用及效果

铝基复合材料的创新性思维综述

复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命 力的材料，它由两种或两种以上性质不同的材料通过各种 工艺手段复合而成。 复合材料可分为三类： 聚合物基复合材料(PMCs) 金属基复合材料(MMCs) 陶瓷基复合材料(CMCs)。 金属基复合材料常用基体有铝、镍、镁、钛及其合金。

铝基复合材料特点

铝有许多特点,如质量轻、密度小、可塑性 好,熔点低制备工艺简单。 铝基复合技术容易掌握,易于加工，比强度 和比刚度高,高温性能好,更耐疲劳和更耐 磨,阻尼性能好,热膨胀系数低。 同其他复合材料一样,它能组合特定的力学 和物理性能,以满足产品的需要。因此,铝 基复合材料已成为金属基复合材料中最常 用的、最重要的材料之一。

最普遍的铝基复合材料SiC颗粒增强铝合金质量轻，钢的1/3,Ti的2/3,其强 度比中碳钢好，与钛合金相近，弹性模量比铝合金高很 多，略高于钛合金，耐磨性能比铝合金高一倍，类似于 钢，价格与铝合金相差不大，仅为钛合金的1/5,工作 温度只有350°C。有高的比强度、比刚度、比硬度，同 时耐高温、耐磨损、并且具有良好的热传导性能，在航 空、航天、汽车等工业领域得到了广泛的应用。然而由 于增强体颗粒与基体间性能上的差异，致使增强颗粒难 以均匀分布，更为重要的是由于这类材料的塑性、韧性 差，从而使其成形比较困难通常较为常用的加工方法有 超塑性法与热等静压法。

铝基复合材料制备加工创新复合材料不同的制备工艺，产生的组织性能在加工成形方面也会 有很大的差异性，针对于此，我们研究了铝基复合材料不同制备 方法及其对应加工成形工艺。 在对性能与微观结构相关性理解的基础上，制备加工技术成为铝 基复合材料的研究重点。其中主要包括复合材料在成型过程中的 颗粒、基体合金微观组织及界面演化行为 ，另外还包括针对复 合材料微观结构优化设计所开展的热处理研究探索等 。 除了控制制备加工工艺获得优化的微观结构外，最近的研究通过 融合新材料或加工技术，开始设计新型复合材料体系与微观结构 这些复合材料显示出许多性能优势，为性能突破开辟了新途径。 影响铝基复合材料的性能的因素较多，未来的研究需要在现有基 础上综合系统的阐述多因素交互作用下复合材料的性能控制技术 原理。

铝基复合材料的制备工艺

为获得无纤维损伤、无空隙、高性能的致密复合材料， 必须考虑增强

纤维与铝及铝合金间的润湿性好坏和反应 性大小、增强纤维的分布状态和高温下的损伤老化程度 及界面稳定性等。纤维增强铝基复合材料的制造方法： 1 粉末冶金法 2 高能-高速固结工艺 3 压力浸渗铸造工艺 4 反应自生成法 5 液态金属搅拌铸造法 6 半固态搅拌复合铸造

粉末冶金法粉末冶金法是最早用来制造铝基复合材料的方法,是 一种比较成熟的工艺方法。采用粉末冶金法时,首先将颗粒 增强物和铝合金粉末用机械手段均匀混合,进行冷压实,然 后加热除气,在液相线与固相线之间进行真空热压烧结,得 到复合材料的坯料,在将坯料进行挤压、轧制、锻造、拉拔 等二次加工就可制成所要的型材零件。 优点 可将增强物颗粒和铝合金粉按任意比例混合,而且混合均 匀性好,不会出现偏析和偏聚,制备的复合材料机械性能较 高。 缺点： 粉末冶金法制造工艺及装备复杂,生产成本高,图1是粉末冶 金法制备颗粒增强铝基复合材料的工艺流程图。

高能-高速固结工艺

这种工艺是在短时间内使陶瓷颗粒和铝合金粉末的混合物 受到高脉冲电流的放电作用后,迅速提高能量,并在较小外 力作用下,使之固结成复合材料的工艺。 优点： 高能量高速度脉冲有利于将冷模中的导电粉体快速加热到 指定温度,从而控制相变和组织粗化,这是常规粉末冶金工 艺无法实现的。高能-高速固结工艺可使复合材料的相对密 度达95%以上。

压力浸渗工艺压力浸渗工艺是先将增强体制成预制件,再将 预制件放入模具后,以惰性气体或机械装置 为压力媒体将铝液压入预制件的间隙,凝固 后即形成复合材料。 这种工艺简单,但预制件中的气体不易在 凝固前排出而造成气孔与疏松,同时预制件 也易产生变形和偏移。

液态金属搅拌铸造法液态金属搅拌铸造法的基本原理是将颗粒增强物 直接加入到熔融的铝合金中,通过一定方式的搅拌 使颗粒均匀地分散在基体熔体中,复合成颗粒增强 铝基复合材料。复合好的熔体可浇铸成锭坯、铸 件等使用。这种工艺简单、生产效率高、制造成 本低廉。复合好的铸锭经重熔后,可精密压成各种 型材、管材、棒材等。它是目前最成熟、最具竞 争力、也是工业化规模生产铝基复合材料的最主 要的方法。

颗粒增强铝基复合材料的制备方法

弥散混合工艺是用机械力作用使颗粒和熔体混合， 然后浇 注成铸锭或复合材料制件。该工艺研究开始于6 0 年代。 由于大多数类型的颗粒和铝合金熔体之间具有不润湿特点 ， 因此为了使得颗粒和熔体之间完全结合， 必须施加外 力作用以克服热力学表面障碍和黏滞阻力。该工艺主要包 括： 搅拌铸造、流变铸造、螺

旋挤压、喷射分散、团块分 散等方法。 喷射沉积工艺是由英国S i n g e r 教授首创并干1 9 7 0 年 正式公布。这一工艺早期应用于一些金属半成品的生产和 制备， 后来加利福尼亚大学L a v e r n i a E J 等人开始利 用这一技术制备颗粒增强金属基复合材料。主要由熔融金 属的气体雾化、雾化熔滴的沉积等连续过程组成,具有通过 快速凝固经济地制备高密度半成品的特长.

铝基复合材料的加工工艺由以上方法制备的铝基复合材料只有极少数能够直接制成精密 件和功能件，一般是制成坯料或者半加工件。因此，因此要进行 二次加工或者精密成型。下面结合传统铸锻焊工艺进行研究： 一铸造加工

生产铝合金的各种铸造方法都可用来生产铝基复合材料, 它包括砂型铸造、 熔模铸造和金属型铸造。实践证明, 为了铸造高质量金属基复合材料, 其熔 化和铸造工艺必须作相应改进。例如, 铸造SiC 颗粒增强铝基复合材料, 其 熔化方法、保温时间与SI C 颗粒沉淀间的关系密切，为了保持SiC颗粒在熔 体中呈悬浮状态, 必须搅拌重熔的复合材料熔体, 同时必须对熔体温度进行 监测。另外, 铝基复合材料铸造过程中, 传统的盐精炼、造渣在此不能应用 需要优化铸造工艺, 开发特别的浇冒口技术, 以减少铸件中气孔。 合理选择砂型铸造和金属型铸造。 利用熔模铸造法制造铝基复合材料时, 熔模的尺寸精度和表面质量有很大影 响,为了获得高质量铸件, 就必须采用优质模料和合适的制模工艺。

铝基复合材料的加工工艺二塑性加工

挤压铝基复合材料制品时, 除压机本身的能力、坯料性能及制品尺寸的影响 之外,温度和挤压速度起着非常关键的作用。最佳挤压温度的选择应考虑以下 因素: 金属的塑性较好, 变形抗力尽可能小; 型材具有最高强度, 较高劳动 生产率和较低劳动成本。不连续纤维增强铝基复合材料可通过挤压加工成许 多产品。其范围从自行车车架到工字梁、棒和型材等多种制品。 可使用传统的塑性加工手段成形为各种形状的零件，是DRA的优势之一。但复 合材料中的硬质颗粒在塑性加工中约束基体合金的流变，会使其塑性加工性 能较铝合金差。为获得优化的工艺参数，探索复合材料变形机制成为复合材 料加工研究的重点。 传统的轧制和锻压也可以加 …… 此处隐藏：2117字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……