铝基复合材料的无压渗透铸造方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利说明书(10)申请公布号CN1212915A(43)申请公布日1999.04.07(21)申请号CN98113687.7(22)申请日1998.09.02(71)申请人华中理工大学地址430074湖北省武汉市武昌珞喻路1037号(72)发明人吴树森(74)专利代理机构华中理工大学专利事务所代理人方放(51)Int.CIB22D19/14权利要求说明书说明书幅图(54)发明名称铝基复合材料的无压渗透铸造方法(57)摘要铝基复合材料无压渗透铸造方法:高硬度陶瓷颗粒或晶须与氧化铁混合粘接成多孔填料层,放入耐热容器,再将成分为硅5—20%、钙0.1—0.8%、镁0.1—1%的铝合金料置入,在加热炉中升温,渗透速度10—20mm/hr,完成后冷凝可得陶瓷相含量40—60%的复合材料。也可在渗透完成后再添加适量铝合金和锶,通过机械搅拌搅散已渗透部分,获得陶瓷相均匀分布、含量为5—30%的铝基复合材料。法律状态法律状态公告日法律状态信息法律状态权利要求说明书1．一种铝基复合材料的无压渗透铸造方法，将高硬度陶瓷颗粒或晶须粘接形成多孔填料层，放入耐热容器内，再将含镁铝合金锭或液置于其上，在加热炉中升温，渗透完成后冷却凝固即得到铝基复合材料，其特征为：(1)所述填料层中加有氧化铁作为助渗剂，其重量占陶瓷材料重量的5-12％，(2)所用粘接剂重量占陶瓷材料重量的30-50％，(3)用于进行渗透的铝合金成分及重量百分比为：硅5-20％、钙0.1-0.8％、镁0.1-1％，余量为铝，(4)加热炉温度为800-1000℃，保温20分钟-2小时。2．如权利要求1所述的无压渗透铸造方法，其特征为所述高硬度陶瓷为碳化硅或三氧化二铝，所述氧化铁助渗剂为三氧化二铁或四氧化三铁。3．如权利要求1或2所述的无压渗透铸造方法，其特征为所述渗透过程可在氩气或氮气保护气氛下进行。4．如权利要求1或2所述的无压渗透铸造方法，其特征为所述用于进行渗透的铝合金成分及重量百分比为：硅7-15％、钙0.2-0.5％、镁0.2-0.5％，余量为铝，所述加热炉温度为800℃-900℃。5．如权利要求3所述的无压渗透铸造方法，其特征为所述用于进行渗透的铝合金成分及重量百分比为：硅7-15％、钙0.2-0.5％、镁0.2-0.5％，余量为铝，所述加热炉温度为800℃-900℃。6．如权利要求4所述的无压铸造方法，其特征是在渗透完成后，再添加适量的铝合金液或锭，通过机械搅拌法将已渗透的部分搅散，获得陶瓷相含量为5-30％的铝基复合材料。7．如权利要求5所述的无铸造方法，其特征是在渗透完成后，再添加适量的铝合金液或锭，通过机械搅拌法将已渗透的部分搅散，获得陶瓷相含量为5-30％的铝基复合材料。8．如权利要求6所述的无压铸造方法，其特征是在所述添加适量铝合金液或锭时，加入锶进行变质处理，使得最终所获铝基复合材料诸成分重量百分比中锶含量为0.005-0.3％，钙为0.005-0.5％。9．如权利要求7所述的无压铸造方法，其特征是在所述添加适量铝合金液或锭时，加入锶进行变质处理，使得最终所获铝基复合材料诸成分重量百分比中锶含量为0.005％-0.3％，钙为0.005-0.5％。说明书本发明涉及一种铝基复合材料的铸造方法，通过铝合金熔液渗透多孔的陶瓷材料填料层，获得铝基复合材料。目前已研究了多种制备铝基复合材料的冶金工艺方法，包括粉末冶金法，液体压力渗透法，真空铸造方法，机械搅拌法，等等。粉末冶金法是将金属相的粉末与增强相的粉末或晶须或纤维一起混合后，通过冷压再烧结，或热压成型。据报道，用本方法制备碳化硅增强铝基复合材料时，用碳化硅晶须时陶瓷相的最大体积分数为25％，而用颗粒时为40％。用粉末冶金法生产复合材料产品受到了许多限制，如只能作形状简单的小件，陶瓷相的体积含量不能超过40％(颗粒)。而且，烧结时收缩不均匀，由于偏折而产生组织不均匀，等等。由于大多数陶瓷材料与铝合金熔液的润湿性很差，难以将陶瓷颗粒或晶须直接加入到合金熔液中制作复合材料，从而产生了液体金属的压力渗透法。例如，美国专利4,932,099(1990年)，日本专利014441(1983年)及欧洲专利0340957(1989)等。本法通常都是将陶瓷纤维或晶须，利用粘接剂等制作成多孔的预制件，再将预制件放入金属型腔中，利用压铸机等将铝液在高压下渗入预制件中得到复合材料部件。这种方法生产率较高，可较好地克服陶瓷相与金属液润湿性差的问题。但是，存在的问题是渗透较大部件时增强相的体积含量较低；需要制作金属模型，从而增加成本；需要利用特殊的压力设备等。除了利用压力及在合金液中加入合金元素以帮助渗透外，利用真空也可帮助渗透，如美国专利3,718,441(1973)等。此外，在真空下陶瓷与金属液的润湿