无压渗透法制备颗粒增强铝基复合材料的研究.pdf

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第4卷第3期材料科学与工艺voI-4No3

1996年9月MATERIALSCIENCE＆TECHNoLoGYSep．I996

无压渗透法制备颗粒增强铝基复合材料的研究

-塑———～旦_—一兰张建云
(南昌航空工业学院)
／6要本文提出一种粒复音材料新方法一无渗透法．这种新工
可在空气气氛下，于800℃一IOOO℃温度范围内，无需借助外加压力或真空．使铝台金藏自动巷人

颗粒填料中．形具有良好耐磨性的金属基复音材料
关键词无压藩透：颢粒增强：复音材料
中国图书资料分类号TGI3326
TB3弓1
0前言
现代航空、航天工业的飞速发展，对各种结构材料的性能提出了愈来愈高的要求。陶瓷
颗粒增强铝基复合材料，由于不仅具备陶瓷的硬度、刚度、耐磨性和高温性能，且具有铝合金
基体的韧性，良好的导电、导热性以及低膨胀系数等特点，引起了人们的极大兴趣[1]。
目前，制备颗粒增强铝基复合材料突出的难点是，陶瓷颗粒与金属之间的润湿性较差，难
以直接形成组织均匀的结合体，而在现有的热压法、真空吸铸、半固态铸造法、粉末冶金烧结
法等制备工艺中却又存在各自的局限性。如热压法和真空吸铸，需要特殊的高压和真空设
备；半固态法难控制界面结合，增强相的比例受到限制，粒子分布的均匀性也难控制；粉末
冶金法很难制备出大构件口。
近年来．美国著名的Lanxide公司发展了一种工艺圈。该工艺使用特殊的渗透气氛(如
氮、氢和氩混合气)，使铝合金液能自动渗人填料中形成性能优良的复合材料。在此基础
上，本文研究出一种更为简单的方法，即在空气气氛下，使用特殊的助渗剂，使铝或铝合金液
自动渗入颗粒填料中，形成复合材料。

1试验材料及方法
金属基体选用2L101合金．其化学成分如表l所示。增强粒子为SiC和Al’o其粒度
分别为l50目，250目，400目，增强粒子的体积含量视其粒度大小一般控制为20％～40％。铸
模为景德镇产陶瓷杯。
无压渗透法制备铝基复合材料的工艺流程如图l所示。图2示意说明了复合材料的浇
注过程。

丰立于1996年3月l3日收到

联系^：黄亲匡，阱师(工学硕士)．南昌航空工业学院材料工程系330034

第4期黄亲国等：无压渗透法制备颗粒增强铝基复舍材料的研究117

表1ZL101台盒的化学成分

11che~kal曲m硼ZLl01

甲回

图l无压透渗透法工艺流程圈2浇注示意图辟模
Fig1P~ssun：kssinfiltrationtechnologicalprocessF．2Theschematicd~granofcirIg

2工艺过程的控制因素
2．1助渗剂
选择合适的助渗剂类型及配比，是本工艺的关键．助渗剂应含有能够促进铝合金与陶瓷
增强相发生反应的元素，起到改善二者润湿性的作用。此外，还应有能够破坏铝合金液中的
氧化膜的成分，试图通过铝液与氧、氮反应，千万颗粒之间的真空环境，从而使铝合金液自动
地吸人填料中。根据试验条件，分别试制了几种肋渗剂。试验结果表明，对于不同的增强颗
粒、颗粒大小以及铝合金液，应选用不同的渗剂类型和配比，才能成功地形成复合材料。
助渗剂的加人方式有两种。一种是铝合金熔炼后直接加人铝液中；另一种是与增强颗
粒混合后加人模内。后者如配合加人一定量的铝粉，有利于控制增强相的比例，可获得不同
增强相含量的铝基复合材料。
2．2浇注温度
浇注温度过低，铝合金液粘性太，流动性差，不利于渗人填料中，尤其是对助渗剂中改善
润湿性的元素和破坏氧化膜的元素起不到作用，浇注温度过高，往往会使加人的助渗剂中的
有效成分(特别是可燃成分)烧损，也难以达到顾期效果。试验表明，选择温度在750～850
℃之间，可以达到较好的效果。
2．3保温温度
浇注后的保温是获得一定厚度和致密的复合材料所必须的过程。温度过低，助渗剂对润
湿角的改善作用不太。根据采用SiC颗粒增强体的试验结果(如表2所示)，保温温度应不
低于750℃，否则，制备出的材料孔隙度较大，致密性较差，因而难以获得良好的复合材
料。但保温温度过高，则对设备与节能不利，故一般控制在800℃～900℃为宜。
2．4保温时间
为了保证铝合金液自动渗人增强颗粒中的渗透厚度和复合材料的致密性，浇注后保温过

l18材料科学与工艺第4卷

程的时间控制具有重要作用。试验发现，对不同的增强颗粒，铝合金基体存在着一个不同的
渗透孕育期，如图3所示。可是，只有当助渗剂发挥作用，把颗粒填料中的空气赶出和消耗
后，铝合金液才可自动吸人填料中。
表2保温温度对复古材料成型的影响
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合金助巷剂SiC(目)浇注温度保温时间保温温度备注越
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