專利名稱：一種局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種局部增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法，特別涉及一種擠壓鑄造局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
金屬基復(fù)合材料是以金屬材料作為基體材料，以高強(qiáng)度的第二相材料作為增強(qiáng)相而制成的復(fù)合材料。目前擠壓鑄造法是實(shí)現(xiàn)金屬基復(fù)合材料的方法之一，此方法所獲得的鑄件內(nèi)部致密、機(jī)械性能優(yōu)良，擠壓鑄造通常沒有澆冒口，毛坯精化，鑄件尺寸精度高，材料的利用率高，因而具有良好的發(fā)展前景。目前此技術(shù)在有色金屬上的應(yīng)用已取得了顯著的效果。然而，對(duì)于高熔點(diǎn)金屬，比如銅、鋼鐵、鎳基高溫合金等，由于熔點(diǎn)比有色金屬高很多， 而且擠壓鑄造模具中冷卻速度快，流動(dòng)性差，使模具的工作條件十分惡劣，壽命較低，同時(shí)操作困難，工藝窗口窄，所以極大限制了這些金屬擠壓鑄造的開展。

發(fā)明內(nèi)容
為解決用擠壓鑄造法制造高溫金屬基復(fù)合材料時(shí)，因金屬液冷卻速度快，流動(dòng)性差，以致于不能充分和足夠深地浸滲入增強(qiáng)相中，導(dǎo)致復(fù)合層不夠厚，且模具壽命低，操作困難等關(guān)鍵性問題，本發(fā)明提供一種局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料的制備方法，包括下列各步驟
A.制備帶有絕熱層的模具，并預(yù)熱到100 500°C備用；
B.將增強(qiáng)相預(yù)制坯預(yù)熱到200 1200°C置于步驟A所得帶有絕熱層的模具中；
C.將金屬熔體澆注到步驟B所得模具中，再以常規(guī)擠壓鑄造的方法在1 200MI^下， 使金屬熔體滲入增強(qiáng)相預(yù)制坯中，形成局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。所述步驟A中制備帶有絕熱層的模具是通過將粒度大于50目的陶瓷顆粒和粘結(jié)劑按質(zhì)量比為2 5 1混合均勻后，再將混合物附著在金屬模具內(nèi)表面，固化后形成厚度為1 20mm的致密陶瓷層，得到帶有絕熱層的模具。所述陶瓷顆粒為二氧化硅、剛玉和/或鋯英砂陶瓷顆粒。所述粘結(jié)劑為市購水玻璃、硅溶膠、硅酸乙酯水解液或磷酸鋁。所述步驟B中的增強(qiáng)相預(yù)制坯為陶瓷顆粒、金屬顆粒和/或纖維。其中，陶瓷顆粒為碳化鎢、氧化鋁、碳化硅或碳化鈦；金屬顆粒為鎳、鐵、銅；纖維為碳化硅纖維、氧化鋁纖維。所述步驟B中的增強(qiáng)相預(yù)制坯的厚度為2 25mm。本發(fā)明具有以下有益效果和優(yōu)點(diǎn)
1、致密的陶瓷涂層可以達(dá)到精密鑄造的等級(jí)，具有足夠的強(qiáng)度，且厚度可根據(jù)實(shí)際需求而改變；
2、以改變陶瓷層的預(yù)熱溫度，來控制基體金屬的流動(dòng)性；3、在保證增強(qiáng)相的相變點(diǎn)不改變的情況下，可適當(dāng)提高預(yù)熱溫度以提高浸滲效果；
4、利用致密陶瓷層的絕熱能力，可減緩金屬熔體的溫度和冷卻速度；
5、本發(fā)明解決了高熔點(diǎn)金屬擠壓鑄造時(shí)模具壽命短的問題，且制備方法簡(jiǎn)單，容易操作，用常規(guī)的擠壓鑄造設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是實(shí)施例1所得碳化鎢顆粒局部增強(qiáng)的灰鑄鐵基復(fù)合材料的金相組織圖； 圖2是實(shí)施例2所得氧化鋁顆粒局部增強(qiáng)的鋼基復(fù)合材料的金相組織圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但這些實(shí)例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1
A.通過將粒度為270目、粒度為140目、粒度為70目的二氧化硅陶瓷顆粒和粒度為 150目的鋯英砂陶瓷顆?；旌?，并和硅溶膠按質(zhì)量比為4 1混合均勻后，再將混合物附著在金屬模具內(nèi)表面，固化后形成厚度為15mm的致密陶瓷層，制備得到帶有絕熱層的模具， 并預(yù)熱到400°C備用；
B.將粒徑為80目的碳化鎢顆粒作為增強(qiáng)相預(yù)制坯預(yù)熱到480°C置于步驟A所得帶有絕熱層的模具中，增強(qiáng)相預(yù)制坯的厚度為25mm ；
C.將灰鑄鐵金屬熔體澆注到步驟B所得模具中，再以常規(guī)擠壓鑄造的方法在200MPa 下，使金屬熔體滲入增強(qiáng)相預(yù)制坯中，形成局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。實(shí)施例2
A.通過將粒度為270目、粒度為140目的二氧化硅陶瓷顆粒和粒度為MO目、粒度為 180目的剛玉陶瓷顆?；旌希⒑退ＡО促|(zhì)量比為2 1混合均勻后，再將混合物附著在金屬模具內(nèi)表面，固化后形成厚度為20mm的致密陶瓷層，制備得到帶有絕熱層的模具，并預(yù)熱到300°C備用；
B.將粒徑為80目的氧化鋁顆粒作為增強(qiáng)相預(yù)制坯預(yù)熱到1200°C置于步驟A所得帶有絕熱層的模具中，增強(qiáng)相預(yù)制坯的厚度為IOmm ；
C.將鋼熔體澆注到步驟B所得模具中，再以常規(guī)擠壓鑄造的方法在SOMPa下，使金屬熔體滲入增強(qiáng)相預(yù)制坯中，形成局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。實(shí)施例3
A.通過將粒度為MO目、粒度為180目的剛玉陶瓷顆粒和粒度為150目、粒度為80目的鋯英砂陶瓷顆粒混合，并和硅酸乙酯水解液按質(zhì)量比為5 1混合均勻后，再將混合物附著在金屬模具內(nèi)表面，固化后形成厚度為IOmm的致密陶瓷層，制備得到帶有絕熱層的模具，并預(yù)熱到250°C備用；
B.將碳化鈦?zhàn)鳛樵鰪?qiáng)相預(yù)制坯預(yù)熱到600°C置于步驟A所得帶有絕熱層的模具中，增強(qiáng)相預(yù)制坯的厚度為20mm ；
C.將鋼金屬熔體澆注到步驟B所得模具中，再以常規(guī)擠壓鑄造的方法在150MI^下，使金屬熔體滲入增強(qiáng)相預(yù)制坯中，形成局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。
實(shí)施例4
A.通過將通過將粒度為270目、粒度為140目的二氧化硅陶瓷顆粒和粒度為MO目、 粒度為180目的剛玉陶瓷顆粒和混合和粒度為150目的鋯英砂陶瓷顆?；旌?，并和磷酸鋁按質(zhì)量比為3 1混合均勻后，再將混合物附著在金屬模具內(nèi)表面，固化后形成厚度為8mm 的致密陶瓷層，制備得到帶有絕熱層的模具，并預(yù)熱到200°C備用；
B.將碳化硅作為增強(qiáng)相預(yù)制坯預(yù)熱到700°C置于步驟A所得帶有絕熱層的模具中，增強(qiáng)相預(yù)制坯的厚度為15mm ；
C.將灰鑄鐵金屬熔體澆注到步驟B所得模具中，再以常規(guī)擠壓鑄造的方法在IOOMPa 下，使金屬熔體滲入增強(qiáng)相預(yù)制坯中，形成局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。實(shí)施例5
A.通過將粒度為270目、粒度為140目的二氧化硅陶瓷顆粒和粒度為MO目、粒度為 180目的剛玉陶瓷顆?；旌?，并和水玻璃按質(zhì)量比為2 1混合均勻后，再將混合物附著在金屬模具內(nèi)表面，固化后形成厚度為Imm的致密陶瓷層，制備得到帶有絕熱層的模具，并預(yù)熱到500°C備用；
B.將金屬顆粒鐵和碳化硅纖維作為增強(qiáng)相預(yù)制坯預(yù)熱到800°C置于步驟A所得帶有絕熱層的模具中，增強(qiáng)相預(yù)制坯的厚度為8mm ；
C.將灰鑄鐵金屬熔體澆注到步驟B所得模具中，再以常規(guī)擠壓鑄造的方法在20MI^下， 使金屬熔體滲入增強(qiáng)相預(yù)制坯中，形成局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。實(shí)施例6
A.通過將粒度為270目、粒度為140目、粒度為70目的二氧化硅陶瓷顆?；旌希⒑凸枞苣z按質(zhì)量比為4 1混合均勻后，再將混合物附著在金屬模具內(nèi)表面，固化后形成厚度為6mm的致密陶瓷層，制備得到帶有絕熱層的模具，并預(yù)熱到100°C備用；
B.將金屬顆粒鎳和氧化鋁纖維作為增強(qiáng)相預(yù)制坯預(yù)熱到900°C置于步驟A所得帶有絕熱層的模具中，增強(qiáng)相預(yù)制坯的厚度為2mm ；
C.將鎳金屬熔體澆注到步驟B所得模具中，再以常規(guī)擠壓鑄造的方法在IMI^a下，使金屬熔體滲入增強(qiáng)相預(yù)制坯中，形成局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。實(shí)施例7
A.通過將粒度為270目、粒度為140目的二氧化硅陶瓷顆粒和粒度為MO目、粒度為 180目的剛玉陶瓷顆?；旌?，并和水玻璃按質(zhì)量比為2 1混合均勻后，再將混合物附著在金屬模具內(nèi)表面，固化后形成厚度為5mm的致密陶瓷層，制備得到帶有絕熱層的模具，并預(yù)熱到350°C備用；
B.將金屬顆粒銅和碳化硅纖維作為增強(qiáng)相預(yù)制坯預(yù)熱到200°C置于步驟A所得帶有絕熱層的模具中，增強(qiáng)相預(yù)制坯的厚度為6mm ；
C.將銅金屬熔體澆注到步驟B所得模具中，再以常規(guī)擠壓鑄造的方法在IOMI^a下，使金屬熔體滲入增強(qiáng)相預(yù)制坯中，形成局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括下列各步驟A.制備帶有絕熱層的模具，并預(yù)熱到100 500°C備用；B.將增強(qiáng)相預(yù)制坯預(yù)熱到200 1200°C置于步驟A所得帶有絕熱層的模具中；C.將金屬熔體澆注到步驟B所得模具中，再以常規(guī)擠壓鑄造的方法在1 200MI^下， 使金屬熔體滲入增強(qiáng)相預(yù)制坯中，形成局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟A中制備帶有絕熱層的模具是通過將粒度大于50目的陶瓷顆粒和粘結(jié)劑按質(zhì)量比為2 5 1混合均勻后，再將混合物附著在金屬模具內(nèi)表面，固化后形成厚度為1 20mm的致密陶瓷層，得到帶有絕熱層的模具。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述陶瓷顆粒為二氧化硅、剛玉和/ 或鋯英砂陶瓷顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述粘結(jié)劑為市購水玻璃、硅溶膠、 硅酸乙酯水解液或磷酸鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟B中的增強(qiáng)相預(yù)制坯為陶瓷顆粒、金屬顆粒和/或纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于陶瓷顆粒為碳化鎢、氧化鋁、碳化硅或碳化鈦。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于金屬顆粒為鎳、鐵、銅。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于纖維為碳化硅纖維、氧化鋁纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的制備方法，其特征在于所述步驟B中的增強(qiáng)相預(yù)制坯的厚度為2 25mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料的制備方法，通過制備帶有絕熱層的模具，并預(yù)熱到一定溫度備用；再將增強(qiáng)相預(yù)制坯預(yù)熱到一定溫度置于帶有絕熱層的模具中；將金屬熔體澆注到模具中，再以常規(guī)擠壓鑄造的方法使金屬熔體滲入增強(qiáng)相預(yù)制坯中，形成局部增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。本發(fā)明解決了高熔點(diǎn)金屬擠壓鑄造時(shí)模具壽命短等問題，具有工藝簡(jiǎn)單、模具材料要求低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C49/14GK102416462SQ20111038025
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者盧德宏, 周榮, 蔣業(yè)華, 賀小剛 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)