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CN112626366A - 一种降低搅拌制备颗粒增强铝基复合材料孔隙率的方法 - Google Patents

一种降低搅拌制备颗粒增强铝基复合材料孔隙率的方法 Download PDF

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胡启耀
肖鹏
郭文波
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Nanchang Hangkong University
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Abstract

本发明公开了一种降低搅拌制备颗粒增强铝基复合材料孔隙率的方法，包括以下步骤，(1)将采用半固态搅拌法制备的颗粒增强铝基复合材料升温至基体铝合金液相线以上30～50℃；(2)对超声导入杆进行预热处理，然后置于熔体中进行高能超声处理；(3)将经超声处理的复合材料熔体静置3～5min后，浇入到预热的模具内，同时开启脉冲磁场装置，进行脉冲磁场处理直至熔体完全凝固，最终得到孔隙率较低的颗粒增强铝基复合材料。本发明针对搅拌制备PAMCs存在大量的气孔与缩孔问题，采用高能超声和脉冲磁场外场进行处理，能够大幅度降低复合材料的孔隙率。

Description

一种降低搅拌制备颗粒增强铝基复合材料孔隙率的方法
技术领域
本发明涉及颗粒增强铝基复合材料制备技术领域，具体涉及一种降低搅拌制备颗粒增强铝基复合材料孔隙率的方法。
背景技术
颗粒增强铝基复合材料(PAMCs)，具有高强度、低密度、耐磨性、高塑韧性和热稳定性等优良的综合性能，被列为21世纪新型复合材料中最具发展潜力的材料之一。PAMCs搅拌铸造法，依靠强烈搅拌在合金液中形成涡漩的抽吸作用，将增强体颗粒引入铝合金液体中，并实现增强颗粒的均匀分布，一般用于制备30vol.％以下的复合材料。该方法的优点是：工艺简单、设备投资少、生产效率高、制造成本低、可规模化生产。
但是，由于增强颗粒加入后熔体的粘度明显增大，其铸造流动性能显著下降，且导热系数有所降低，强烈的搅拌和颗粒的加入会带入空气及夹杂物，导致采用该方法所制备的PAMCs内部存在大量的气孔和缩孔，复合材料的力学性能偏低。针对上述问题，现有方法主要通过冷、热轧制等的二次加工方法减少孔洞，但仍无法完全消除孔洞的影响，且所制零件的结构、形状和尺寸都受到一定的限制。因此，通过本发明利用辅助外场，开发一种高能超声和脉冲磁场外场处理工艺，以降低PAMCs的孔隙率，为搅拌铸造法制备高品质PAMCs提供技术参考。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种降低搅拌制备颗粒增强铝基复合材料孔隙率的方法，针对搅拌制备PAMCs存在大量的气孔与缩孔问题，采用高能超声和脉冲磁场外场进行处理，能够大幅度降低复合材料的孔隙率。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种降低搅拌制备颗粒增强铝基复合材料孔隙率的方法，所述方法包括以下步骤，
(1)将采用半固态搅拌法制备的颗粒增强铝基复合材料升温至基体铝合金液相线以上30～50℃；
(2)对超声导入杆进行预热处理，然后置于熔体中进行高能超声处理，期间将超声导入杆分别置于坩埚半径1/2处的4个位置及坩埚中心处，并分别调整超声导入杆处于距离坩埚底部为液面高度的1/3及2/3高度处，共计10处位置；
(3)将经超声处理的复合材料熔体静置3～5min后，浇入到预热的模具内，同时开启脉冲磁场装置，进行脉冲磁场处理直至熔体完全凝固，最终得到孔隙率较低的颗粒增强铝基复合材料。
优选的，所述步骤(1)中增强颗粒粒度为5～50μm，SiC颗粒体积分数小于30％。
优选的，所述步骤(2)中超声处理工艺，超声功率为500～1000W，处理时间为1～3min。
优选的，所述步骤(3)中脉冲磁场处理，电压为100～300V，频率为2～10Hz，模具预热温度为200～400℃。
优选的，得到的颗粒增强铝基复合材料内部气孔率≤3.0％。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)本发明对搅拌制备的PAMCs进行高能超声处理，可显著减少搅拌制备过程中所卷入的空气，降低复合材料内部气孔的含量；利用脉冲磁场对复合材料凝固过程进行干预，可明显减少缩孔的含量，进而大幅降低复合材料的孔隙率，提高PAMCs的力学性能；
(2)本发明所需设备要求较低，工艺方法简单，易于实现工业化应用降低生产成本，对于PAMCs推广与应用具有重要的意义。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的超声处理位置图。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1
本实施例一种降低搅拌制备A356-B4C复合材料孔隙率的工艺方法包括以下步骤：
(1)采用半固态搅拌铸造法制备出A356-B4C复合材料3Kg，其中B4C颗粒粒径为50μm，颗粒体积分数为12％；
(2)将A356-B4C复合材料熔体升温至650℃，并设置熔炼炉为保温状态；
(3)对超声导入杆进行预热处理，然后置于熔体中进行高能超声处理，期间将超声导入杆分别置于坩埚半径1/2处的4个位置及坩埚中心处，分别调整超声导入杆处于距离坩埚底部为液面高度的1/3及2/3高度处，共计将超声导入杆置于10处不同位置，超声功率为600W，每个位置超声处理时间为2min，以保证超声作用效果；
(4)预热的模具至300℃，将经过超声处理的A356-B4C复合材料熔体静置3min后，浇入到预热的模具内，同时开启脉冲磁场装置，设置脉冲磁场电压为150V、频率为6Hz，进行脉冲磁场处理直至熔体完全凝固，最终得到颗粒增强铝基复合材料铸件，采用阿基米德排水法测得铸件孔隙率为1.68％。
实施例2
本实施例一种降低搅拌制备6061-SiC复合材料孔隙率的工艺方法包括以下步骤：
(1)采用半固态搅拌铸造法制备出6061-SiC复合材料4Kg，其中SiC颗粒粒径为50μm，颗粒体积分数为10％；
(2)将6061-SiC复合材料熔体升温至700℃，并设置熔炼炉为保温状态；
(3)对超声导入杆进行预热处理，然后置于熔体中进行高能超声处理，期间将超声导入杆分别置于坩埚半径1/2处的4个位置及坩埚中心处，分别调整超声导入杆处于距离坩埚底部为液面高度的1/3及2/3高度处，共计将超声导入杆置于10处不同位置，超声功率为800W，每个位置超声处理时间为2min，以保证超声作用效果；
(4)预热的模具至400℃，将经过超声处理的6061-SiC复合材料熔体静置5min后，浇入到预热的模具内，同时开启脉冲磁场装置，设置脉冲磁场电压为250V、频率为9Hz，进行脉冲磁场处理直至熔体完全凝固，最终得到颗粒增强铝基复合材料铸件，采用阿基米德排水法测得铸件孔隙率为1.88％。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (5)

1.一种降低搅拌制备颗粒增强铝基复合材料孔隙率的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，
(1)将采用半固态搅拌法制备的颗粒增强铝基复合材料升温至基体铝合金液相线以上30～50℃；
(2)对超声导入杆进行预热处理，然后置于熔体中进行高能超声处理，期间将超声导入杆分别置于坩埚半径1/2处的4个位置及坩埚中心处，并分别调整超声导入杆处于距离坩埚底部为液面高度的1/3及2/3高度处，共计10处位置；
(3)将经超声处理的复合材料熔体静置3～5min后，浇入到预热的模具内，同时开启脉冲磁场装置，进行脉冲磁场处理直至熔体完全凝固，最终得到孔隙率较低的颗粒增强铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种降低搅拌制备颗粒增强铝基复合材料孔隙率的方法，其特征在于：所述步骤(1)中增强颗粒粒度为5～50μm，SiC颗粒体积分数小于30％。
3.根据权利要求1所述的一种降低搅拌制备颗粒增强铝基复合材料孔隙率的方法，其特征在于：所述步骤(2)中超声处理工艺，超声功率为500～1000W，处理时间为1～3min。
4.根据权利要求1所述的一种降低搅拌制备颗粒增强铝基复合材料孔隙率的方法，其特征在于：所述步骤(3)中脉冲磁场处理，电压为100～300V，频率为2～10Hz，模具预热温度为200～400℃。
5.根据权利要求1所述的一种降低搅拌制备颗粒增强铝基复合材料孔隙率的方法，其特征在于：得到的颗粒增强铝基复合材料内部气孔率≤3.0％。
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