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铝基复合材料的粉末冶金制备法

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-03-15  浏览次数:286   关注:加关注
核心提示:铝基复合材料是以金属铝及其合金为基体,以金属、非金属颗粒、晶须或纤维为增强体的非均质混合物,在航空航天、汽车工业等领域得

铝基复合材料是以金属铝及其合金为基体,以金属、非金属颗粒、晶须或纤维为增强体的非均质混合物,在航空航天、汽车工业等领域得到广泛的应用。由于采用粉末冶金法可使增强体以任意比例添加到复合材料基体中,增强体也易于在宏观上形成更均匀的分布,且烧结温度低,界面反应容易控制;同时,材料的性能和稳定性明显优于其他方法制备的材料,所以粉末冶金法成为目前制备铝基复合材料最常用的一种工艺。

粉末冶金法制备复合材料的具体工艺包括以下几个步骤。

一.混粉。

一般混粉的方式有普通干混、球磨及湿混。在这三种混粉方式中,普通干混及湿混容易出现增强体分布不均匀及大量的团聚、分层等现象,通常较为常用且有效的是球磨。

二.粉末预压。

在混粉结束后,即进行粉末预压处理。粉末预压成形方法主要有冷压和冷等静压。相比之下,冷压是最为经济、常用的粉末预压成坯法。在铝合金粉末预压后,一般要求预压坯密度为复合材料密度的70%~80%,以利于脱气阶段气体的逸出。由于铝粉和增强体容易吸附水蒸气并氧化,粉末生坯在加热过程中将释放大量的水蒸气、氢气、二氧化碳和一氧化碳气体。因此,生坯在热加工前应经过除气处理,避免制品中出现气泡和裂纹;除气温度一般应等于或者稍高于随后的热压、热加工变形和热处理温度,以避免压块中残存的水和气体造成材料中产生气泡和分层。但是如果温度过高,铝合金中其它一些元素可能出现烧损,还会使合金中起强化作用的金属间化合物聚集、粗化,降低材料的性能。

三.固化。

在粉末除气后,对其进行致密化处理,即烧结、热压、热等静压及热挤压松散的粉末或预压的粉末。在确保低成本和高生产率的情况下,通过单轴冷挤压成坯,经过除气后,以一定速率升至一定的温度,并按照一定的挤压比进行热挤压,再进行后期的热处理,得到最终的材料。这种将粉末冶金与后续致密化处理(如挤压、轧制等)结合起来的粉末成形工艺,使粉末能够在短时高温、高压作用下发生塑性变形,进而实现粉末颗粒间的结合,这种工艺在目前粉末冶金法制备铝基复合材料的研究中使用较多。与常规的粉末冶金法相比,挤压过程中粉末颗粒除受到三向压应力外,沿挤压方向还承受巨大的剪切力,其表面的氧化膜破碎后进一步增强了相邻粉末颗粒间的结合强度,组织结构细小均匀且成分偏析少,增强体颗粒无明显团聚,有利于其在基体中的分布,此外这种方法无需烧结,减少了制备工序,降低了成本。相比高成本的热等静压工艺,粉末热挤压工艺综合优势更为明显,可直接得到物理和力学性能优异的材料。

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