本發(fā)明涉及金屬材料加工
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種高強(qiáng)度金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：金屬材料的應(yīng)用范圍極為廣泛，其中汽車(chē)制造中所用的金屬材料非常多，這其中金屬材料的強(qiáng)度和抗沖擊不夠是目前主要解決的一大因素。金屬模具在工業(yè)上常用，現(xiàn)有技術(shù)的模具制造方法是采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，要經(jīng)過(guò)下料、鍛坯、退火、初加工、精加工、淬火、回火、打磨、修模等十幾道工序完成，其中后工序的淬火工藝要求嚴(yán)格，其報(bào)廢率也較大，制造要一年時(shí)間才能夠完成，如果在最后的淬火工藝出現(xiàn)問(wèn)題，如淬火溫度控制不好模具硬度達(dá)不到要求，或淬裂導(dǎo)致報(bào)廢，則損失重大。而金屬?gòu)?fù)合材料，可以發(fā)揮組成材料各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)各組成材料資源的最優(yōu)配置，節(jié)約貴重金屬材料，實(shí)現(xiàn)單一金屬不能滿足的性能要求，它既可以替代進(jìn)口并填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，又具有廣闊應(yīng)用范圍，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。與普通金屬材料比，金屬?gòu)?fù)合材料的沖擊強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性顯著提高，并具有特殊的熱膨脹性能。雖然金屬?gòu)?fù)合材料解決了一定的技術(shù)問(wèn)題，但復(fù)合材料的強(qiáng)度并不能滿足所有的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)于某些對(duì)材料強(qiáng)度要求非常高的行業(yè)，為了達(dá)到使用效果，就必須通過(guò)選擇稀有金屬或高難度復(fù)雜工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)材料性能的改進(jìn)，這就帶來(lái)了使用成本上的局限性。如何在降低金屬?gòu)?fù)合材料成本的同時(shí)，具有高強(qiáng)度等使用特性，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的難題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，通過(guò)特定的生產(chǎn)工藝，輔以適宜原料組合，使得制備而成的高強(qiáng)度金屬?gòu)?fù)合材料硬度高、拉伸強(qiáng)度高、延展性好，同時(shí)成本較低，能夠滿足行業(yè)的要求，具有較好的應(yīng)用前景。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種高強(qiáng)度金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：（1）將鋁粉50-60份、鎢粉30-36份、硅化鐵22-28份、鎳合金18-20份、氮化硅12-16份、硫酸鈣晶須6-10份混合，放入球磨機(jī)中在轉(zhuǎn)速400-500r/min，球料比為1:1下球磨90min；（2）將球磨混合物放入水浴鍋中，在溫度80-85℃下水浴50-60min；（3）將水浴后的混合物注入三輥混煉機(jī)，在500℃條件下攪拌密煉35-45min，隨后依次加入硬脂酸正丁酯15-25份、四氟乙烯12-18份、乙酸異丙烯酯8-10份、聚乙二醇6-8份、二丁基羥基甲苯4-6份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸2-4份、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸1-3份、熱穩(wěn)定劑2-4份、變性劑2-4份，在350℃條件下繼續(xù)攪拌密煉20-30min；（4）將經(jīng)密煉的混合料用雙螺桿擠出機(jī)造粒，雙螺桿擠出機(jī)螺桿直徑為65mm，長(zhǎng)徑比50：1，停留時(shí)間4-6min，壓力為20MPa；（5）將經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出的顆粒料放入模具中，在液壓機(jī)中以230-260MPa的壓力下壓制成型，獲得生坯；（6）將生坯放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，溫度為1200℃，燒結(jié)壓力為4MPa，保溫時(shí)間為1.5h，冷卻后得到成品。優(yōu)選地，所述熱穩(wěn)定劑選自丙二醇甲醚醋酸酯、1,1-二異丙氧基三甲胺、乙?；前匪徕浿械娜我庖环N或幾種。優(yōu)選地，所述變性劑選自對(duì)硝基苯酚、鯨蠟烷三甲基溴化銨、六亞甲基四胺中的任意一種或幾種。優(yōu)選地，所述步驟（3）中三輥混煉機(jī)的攪拌速度為900-1000r/min。優(yōu)選地，所述步驟（4）中雙螺桿擠出機(jī)的溫度參數(shù)為：一區(qū)溫度290-300℃，二區(qū)溫度290-310℃，三區(qū)溫度295-315℃，四區(qū)溫度280-300℃，機(jī)頭溫度310℃。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述制備方法在制備含金屬成分復(fù)合材料中的應(yīng)用。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為：（1）本發(fā)明采用先將鋁粉、鎢粉、硅化鐵、鎳合金、氮化硅、硫酸鈣晶須混合球磨，然后水浴保溫，再經(jīng)三輥混煉機(jī)高溫密煉，添加硬脂酸正丁酯、四氟乙烯、乙酸異丙烯酯、聚乙二醇、二丁基羥基甲苯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸、熱穩(wěn)定劑、變性劑后二次密煉，雙螺桿擠出造粒，模壓成型，高溫?zé)Y(jié)并經(jīng)冷卻得到成品的制備方法，使得制備而成的高強(qiáng)度金屬?gòu)?fù)合材料硬度高、拉伸強(qiáng)度高、延展性好，同時(shí)成本較低，能夠滿足行業(yè)的要求，具有良好的應(yīng)用前景。（2）本發(fā)明的高強(qiáng)度金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法所用工藝簡(jiǎn)單，適于大規(guī)模工業(yè)化運(yùn)用，實(shí)用性強(qiáng)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1（1）將鋁粉50份、鎢粉30份、硅化鐵22份、鎳合金18份、氮化硅12份、硫酸鈣晶須6份混合，放入球磨機(jī)中在轉(zhuǎn)速400r/min，球料比為1:1下球磨90min；（2）將球磨混合物放入水浴鍋中，在溫度80℃下水浴50min；（3）將水浴后的混合物注入三輥混煉機(jī)，在500℃條件下攪拌密煉35min，隨后依次加入硬脂酸正丁酯15份、四氟乙烯12份、乙酸異丙烯酯8份、聚乙二醇6份、二丁基羥基甲苯4份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸2份、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸1份、丙二醇甲醚醋酸酯2份、對(duì)硝基苯酚2份，在350℃條件下繼續(xù)攪拌密煉20min，兩次密煉過(guò)程中三輥混煉機(jī)的攪拌速度為900r/min；（4）將經(jīng)密煉的混合料用雙螺桿擠出機(jī)造粒，雙螺桿擠出機(jī)螺桿直徑為65mm，長(zhǎng)徑比50：1，停留時(shí)間4min，壓力為20MPa，雙螺桿擠出機(jī)的溫度參數(shù)為：一區(qū)溫度290℃，二區(qū)溫度290℃，三區(qū)溫度295℃，四區(qū)溫度280℃，機(jī)頭溫度310℃；（5）將經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出的顆粒料放入模具中，在液壓機(jī)中以230MPa的壓力下壓制成型，獲得生坯；（6）將生坯放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，溫度為1200℃，燒結(jié)壓力為4MPa，保溫時(shí)間為1.5h，冷卻后得到成品。實(shí)施例2（1）將鋁粉55份、鎢粉33份、硅化鐵25份、鎳合金19份、氮化硅14份、硫酸鈣晶須8份混合，放入球磨機(jī)中在轉(zhuǎn)速450r/min，球料比為1:1下球磨90min；（2）將球磨混合物放入水浴鍋中，在溫度82℃下水浴55min；（3）將水浴后的混合物注入三輥混煉機(jī)，在500℃條件下攪拌密煉40min，隨后依次加入硬脂酸正丁酯20份、四氟乙烯15份、乙酸異丙烯酯9份、聚乙二醇7份、二丁基羥基甲苯5份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸3份、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸2份、1,1-二異丙氧基三甲胺3份、鯨蠟烷三甲基溴化銨3份，在350℃條件下繼續(xù)攪拌密煉25min，兩次密煉過(guò)程中三輥混煉機(jī)的攪拌速度為950r/min；（4）將經(jīng)密煉的混合料用雙螺桿擠出機(jī)造粒，雙螺桿擠出機(jī)螺桿直徑為65mm，長(zhǎng)徑比50：1，停留時(shí)間5min，壓力為20MPa，雙螺桿擠出機(jī)的溫度參數(shù)為：一區(qū)溫度295℃，二區(qū)溫度300℃，三區(qū)溫度305℃，四區(qū)溫度290℃，機(jī)頭溫度310℃；（5）將經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出的顆粒料放入模具中，在液壓機(jī)中以245MPa的壓力下壓制成型，獲得生坯；（6）將生坯放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，溫度為1200℃，燒結(jié)壓力為4MPa，保溫時(shí)間為1.5h，冷卻后得到成品。實(shí)施例3（1）將鋁粉60份、鎢粉36份、硅化鐵28份、鎳合金20份、氮化硅16份、硫酸鈣晶須10份混合，放入球磨機(jī)中在轉(zhuǎn)速500r/min，球料比為1:1下球磨90min；（2）將球磨混合物放入水浴鍋中，在溫度85℃下水浴60min；（3）將水浴后的混合物注入三輥混煉機(jī)，在500℃條件下攪拌密煉45min，隨后依次加入硬脂酸正丁酯25份、四氟乙烯18份、乙酸異丙烯酯10份、聚乙二醇8份、二丁基羥基甲苯6份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸4份、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸3份、乙酰磺胺酸鉀4份、六亞甲基四胺4份，在350℃條件下繼續(xù)攪拌密煉30min，兩次密煉過(guò)程中三輥混煉機(jī)的攪拌速度為1000r/min；（4）將經(jīng)密煉的混合料用雙螺桿擠出機(jī)造粒，雙螺桿擠出機(jī)螺桿直徑為65mm，長(zhǎng)徑比50：1，停留時(shí)間6min，壓力為20MPa，雙螺桿擠出機(jī)的溫度參數(shù)為：一區(qū)溫度300℃，二區(qū)溫度310℃，三區(qū)溫度315℃，四區(qū)溫度300℃，機(jī)頭溫度310℃；（5）將經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出的顆粒料放入模具中，在液壓機(jī)中以260MPa的壓力下壓制成型，獲得生坯；（6）將生坯放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，溫度為1200℃，燒結(jié)壓力為4MPa，保溫時(shí)間為1.5h，冷卻后得到成品。實(shí)施例4（1）將鋁粉60份、鎢粉30份、硅化鐵28份、鎳合金18份、氮化硅16份、硫酸鈣晶須6份混合，放入球磨機(jī)中在轉(zhuǎn)速500r/min，球料比為1:1下球磨90min；（2）將球磨混合物放入水浴鍋中，在溫度80℃下水浴60min；（3）將水浴后的混合物注入三輥混煉機(jī)，在500℃條件下攪拌密煉45min，隨后依次加入硬脂酸正丁酯15份、四氟乙烯18份、乙酸異丙烯酯8份、聚乙二醇8份、二丁基羥基甲苯4份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸4份、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸1份、丙二醇甲醚醋酸酯2份、鯨蠟烷三甲基溴化銨4份，在350℃條件下繼續(xù)攪拌密煉20min，兩次密煉過(guò)程中三輥混煉機(jī)的攪拌速度為1000r/min；（4）將經(jīng)密煉的混合料用雙螺桿擠出機(jī)造粒，雙螺桿擠出機(jī)螺桿直徑為65mm，長(zhǎng)徑比50：1，停留時(shí)間4min，壓力為20MPa，雙螺桿擠出機(jī)的溫度參數(shù)為：一區(qū)溫度300℃，二區(qū)溫度290℃，三區(qū)溫度315℃，四區(qū)溫度280℃，機(jī)頭溫度310℃；（5）將經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出的顆粒料放入模具中，在液壓機(jī)中以260MPa的壓力下壓制成型，獲得生坯；（6）將生坯放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，溫度為1200℃，燒結(jié)壓力為4MPa，保溫時(shí)間為1.5h，冷卻后得到成品。對(duì)比例1（1）將鋁粉60份、鎢粉36份、硅化鐵28份、鎳合金20份、氮化硅16份、硫酸鈣晶須10份混合，放入球磨機(jī)中在轉(zhuǎn)速500r/min，球料比為1:1下球磨90min；（2）將球磨混合物放入水浴鍋中，在溫度70℃下水浴60min；（3）將水浴后的混合物注入三輥混煉機(jī)，在600℃條件下攪拌密煉45min，隨后依次加入硬脂酸正丁酯25份、四氟乙烯18份、乙酸異丙烯酯10份、聚乙二醇8份、二丁基羥基甲苯6份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸4份、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸3份、乙酰磺胺酸鉀4份、六亞甲基四胺4份，在350℃條件下繼續(xù)攪拌密煉60min，兩次密煉過(guò)程中三輥混煉機(jī)的攪拌速度為1200r/min；（4）將經(jīng)密煉的混合料用雙螺桿擠出機(jī)造粒，雙螺桿擠出機(jī)螺桿直徑為65mm，長(zhǎng)徑比50：1，停留時(shí)間6min，壓力為20MPa，雙螺桿擠出機(jī)的溫度參數(shù)為：一區(qū)溫度300℃，二區(qū)溫度310℃，三區(qū)溫度315℃，四區(qū)溫度300℃，機(jī)頭溫度310℃；（5）將經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出的顆粒料放入模具中，在液壓機(jī)中以260MPa的壓力下壓制成型，獲得生坯；（6）將生坯放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，溫度為1200℃，燒結(jié)壓力為3MPa，保溫時(shí)間為1.5h，冷卻后得到成品。對(duì)比例2（1）將鋁粉60份、鎢粉30份、硅化鐵28份、鎳合金18份、硫酸鈣晶須6份混合，放入球磨機(jī)中在轉(zhuǎn)速500r/min，球料比為1:1下球磨90min；（2）將球磨混合物放入水浴鍋中，在溫度80℃下水浴60min；（3）將水浴后的混合物注入三輥混煉機(jī)，在500℃條件下攪拌密煉45min，隨后依次加入硬脂酸正丁酯15份、四氟乙烯18份、乙酸異丙烯酯8份、二丁基羥基甲苯4份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸4份、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸1份、丙二醇甲醚醋酸酯2份、鯨蠟烷三甲基溴化銨4份，在350℃條件下繼續(xù)攪拌密煉20min，兩次密煉過(guò)程中三輥混煉機(jī)的攪拌速度為1000r/min；（4）將經(jīng)密煉的混合料用雙螺桿擠出機(jī)造粒，雙螺桿擠出機(jī)螺桿直徑為65mm，長(zhǎng)徑比50：1，停留時(shí)間4min，壓力為20MPa，雙螺桿擠出機(jī)的溫度參數(shù)為：一區(qū)溫度300℃，二區(qū)溫度290℃，三區(qū)溫度315℃，四區(qū)溫度280℃，機(jī)頭溫度310℃；（5）將經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出的顆粒料放入模具中，在液壓機(jī)中以260MPa的壓力下壓制成型，獲得生坯；（6）將生坯放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，溫度為1200℃，燒結(jié)壓力為4MPa，保溫時(shí)間為1.5h，冷卻后得到成品。將通過(guò)實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-2的制備方法制得的高強(qiáng)度金屬?gòu)?fù)合材料依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的方法分別進(jìn)行表面硬度、拉伸強(qiáng)度、延伸率這幾項(xiàng)性能測(cè)試，所得的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。表1　表面硬度（HPR）拉伸強(qiáng)度（MPa）延伸率δ5（%）實(shí)施例17585011實(shí)施例28299015實(shí)施例38094014實(shí)施例47792012對(duì)比例1646309對(duì)比例2666108本發(fā)明采用先將鋁粉、鎢粉、硅化鐵、鎳合金、氮化硅、硫酸鈣晶須混合球磨，然后水浴保溫，再經(jīng)三輥混煉機(jī)高溫密煉，添加硬脂酸正丁酯、四氟乙烯、乙酸異丙烯酯、聚乙二醇、二丁基羥基甲苯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸、熱穩(wěn)定劑、變性劑后二次密煉，雙螺桿擠出造粒，模壓成型，高溫?zé)Y(jié)并經(jīng)冷卻得到成品的制備方法，使得制備而成的高強(qiáng)度金屬?gòu)?fù)合材料硬度高、拉伸強(qiáng)度高、延展性好，同時(shí)成本較低，能夠滿足行業(yè)的要求，具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明的高強(qiáng)度金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法所用工藝簡(jiǎn)單，適于大規(guī)模工業(yè)化運(yùn)用，實(shí)用性強(qiáng)。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的
技術(shù)領(lǐng)域：
，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3