CN109868381B - 一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将钨粉在双锥混料机中进行预处理，得到预处理钨粉；(2)将预处理钨粉与铝粉按配比混合，使用双锥混料机混合均匀，得到复合粉体；(3)将复合粉体进行冷等静压成型，冷等静压压力为50MPa～200MPa，保压时间为10min～40min，得到冷等静压坯锭；(4)将冷等静压坯锭装在铝包套中，使用热等静压烧结的方法成型，得到热等静压态钨颗粒增强铝基复合材料；(5)将得到的热等静压态钨颗粒增强铝基复合材料置于耐高压快速升温试验台中进行真空等温锻压热变形处理。采用本发明的方法制备的复合材料具有致密度高、增强相分布均匀、综合力学性能好等优点。

Description

一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，属于颗粒增强铝基复合材料制备技术领域。
背景技术
颗粒增强铝基复合材料一般具有比强度高、比模量高、抗疲劳、抗高温蠕变、耐热、耐磨性好、导热率高、膨胀系数低、成分可调节、密度低等优点，在航空、航天、陆上交通和电子信息等领域有着广泛的应用。如SiC/Al复合材料已经在直升机旋翼、电子光学设备支架和外壳、汽车活塞和刹车片等领域获得应用。电子封装等材料，例如B4C/Al复合材料用于核燃料存储隔架，金刚石/Al复合材料用于热管理材料等。
高体积分数铝基复合材料主要利用增强相自身的特点，满足高端设备的特种应用。如30～70vol％SiC/Al复合材料具有高导热和低热膨胀的优点，在电子封装领域获得应用；硼具有较高的热中子吸收截面，因此30～75vol％B4C/Al复合材料用于核电站屏蔽及乏燃料存储格架；金刚石具有极高的热导率，因此40～70vol％金刚石/Al复合材料在热管理领域也具有广泛应用。
专利文献CN104946911B采用压力浸渗的方法制备了B4C/Al复合材料，专利文献CN107177746A采用氩气保护真空烧结的方法制备了SiCp/Al合金复合材料，专利文献CN105401001B采用粉末混合-热等静压成型的方法制备了W/Al复合材料增强相体积分数均可以达到50％以上。随着增强相体积分数的增加，复合材料的塑性变差，特别是高体积分数铝基复合材料，塑性一般低于2％，韧性也较差，极大的限制了复合材料的设计、加工及应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有高体积分数颗粒增强铝基复合材料塑性差的缺点，提供一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，该方法制备的复合材料具有致密度高、增强相分布均匀、综合力学性能好等优点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，该钨颗粒增强铝基复合材料中钨颗粒的体积含量为30％～50％，其余为纯铝基体，该方法包括以下步骤：
(1)将钨粉放置于双锥混料机中，磨球与粉料重量比为1∶1，以乙醇为混料介质混料10小时，真空干燥10小时得到预处理钨粉；
(2)将预处理钨粉与铝粉按照30％～50％钨粉、70～50％铝粉的体积配比混合，使用双锥混料机在氩气保护的条件下将粉末混合均匀，磨球与粉料重量比为1∶1，混合时间为10～24小时，得到复合粉体；
(3)将复合粉体进行冷等静压成型，得到冷等静压坯锭；
(4)将冷等静压坯锭装在预先制好的铝包套中，在400℃、真空度低于1×10-3Pa的条件下封口，使用热等静压烧结的方法，在温度为500～550℃，压力为100～200MPa的条件下保温2小时并随炉冷却实现复合材料的成型，使用车床车掉表面铝皮得到热等静压态钨颗粒增强铝基复合材料；
(5)将得到的热等静压态钨颗粒增强铝基复合材料置于耐高压快速升温试验台中，在炉内真空度≤1×10-2Pa的条件下以8℃/min的升温速率升温至550℃，保温2小时后，在550℃的条件下，以70MPa～200MPa的压力锻压坯料使其以0.001s-1～0.01s-1的应变速率墩粗变形，变形量为20～50％；锻后样品随炉冷却至室温。
优选地，所述步骤(3)中，冷等静压成型时采用橡胶包套将液压介质与复合粉末隔离，冷等静压压力为50MPa～200MPa，保压时间为10min～40min。
优选地，所述步骤(4)中，升温速率不高于10℃/min。
优选地，所述钨粉纯度大于99％，粒径(D50)为7～8μm。
优选地，所述铝粉的纯度大于99.5％，粒径(D50)为7～8μm。
本发明的有益效果在于：
本发明通过粉末粒径优化、粉末表面处理以及真空等温锻压工艺，显著提高了高体积分数铝基复合材料的延伸率等综合力学性能，拓展了高体积分数铝基复合材料的应用范围。具体地，本发明通过对基体和增强相粉末粒径的优化配比，降低基体和增强相粉末的粒度差异，保证等静压态样品宏观和微观增强相分布均匀性，提高了热等静压态铝基复合材料的热变形能力；对钨粉实施分散预处理，使钨粉由团聚的链状变成单分散的颗粒状，提高了钨粉的烧结活性以及在复合材料内部的分散均匀性；复合材料通过真空等温锻压热变形处理，大幅度提高了铝基复合材料的延伸率。
通过本发明制备的高体积分数W/Al复合材料致密度大于99.5％，室温抗拉强度大于220MPa，屈服强度大于140MPa，延伸率5～8％，室温冲击韧性大于4.5j·cm-2，是一种综合性能优异的复合材料，具有较大应用潜力。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料截面扫描电镜显微组织照片。
图2是本发明实施例1制备的高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料断口扫描电镜显微组织照片。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于以下实施例。
实施例1
本实施例中钨颗粒增强铝基复合材料按照质量百分比85％钨和15％纯铝基体组成(体积百分比为45％钨和55％纯铝基体)，钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法是按下述步骤进行的：
称取粒径(D50)为7～8μm钨粉8.5kg，不锈钢磨球与钨粉质量比为1∶1，乙醇为混料介质使用双锥混料机混料10小时，真空干燥10小时后得到预分散处理钨粉；预分散处理的钨粉8.5kg与粒径(D50)为7～8μm纯铝粉1.5kg混合，使用双锥混料机在氩气保护的条件下混合10小时获得复合粉末。采用橡胶包套将液压介质(抗磨液压油)与复合粉末隔离，在压力为100MPa，保压时间为25min的冷等静压条件下，实现复合粉末的预成型。冷压坯锭放置在预先制好的铝包套中，在400℃，真空度低于1×10-3Pa的条件下封口，其中除气时间不小于10小时。以10℃/min的升温速率升温至550℃，在压力为200MPa的热等静压条件下保温2小时。随炉冷却至室温，车掉表面铝皮即得到热等静压态高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料。将热等静压态高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料置于耐高压快速升温试验台中，在炉内真空度≤1×10-2Pa的条件下以8℃/min的升温速率升温至550℃，并保温2小时。在550℃的条件下，以70MPa～200MPa的压力锻压坯料使其以0.001s-1～0.01s-1的应变速率墩粗变形，变形量为27％，锻后样品随炉冷却至室温。得到的45vol％W/Al复合材料致密度为99.6％，复合材料的截面显微组织参见图1，断口截面显微组织参见图2，可见复合材料组织致密，增强相分布均匀，复合材料室温抗拉强度为256MPa，屈服强度为169MPa，延伸率为5％，冲击韧性为4.5j·cm-2。
实施例2
本实施例与实施例1不同点在于：真空等温锻压变形量为36％。
得到的45vol％W/Al复合材料致密度为99.8％，复合材料室温抗拉强度为250MPa，屈服强度为179MPa，延伸率为6％，冲击韧性为4.9j·cm-2。
实施例3
本实施例与实施例1的不同点在于：钨粉质量为7.95kg，纯铝粉质量为2.05kg，真空等温锻压变形量为26％。
得到的35vol％W/Al复合材料致密度为99.9％，复合材料室温抗拉强度为224MPa，屈服强度为148MPa，延伸率为7％。
实施例4
本实施例与实施例3的不同点在于：真空等温锻压变形量为41％。
得到的35vol％W/Al复合材料致密度为99.9％，复合材料室温抗拉强度为225MPa，屈服强度为143MPa，延伸率为8％。

Claims (3)

1.一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，该钨颗粒增强铝基复合材料中钨颗粒的体积含量为30％～50％，其余为纯铝基体，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将钨粉放置于双锥混料机中，所述钨粉纯度大于99％，粒径D50为7～8μm；磨球与粉料重量比为1:1，以乙醇为混料介质混料10小时，真空干燥10小时得到预处理钨粉；
(2)将预处理钨粉与铝粉按照30％～50％钨粉、70～50％铝粉的体积配比混合，所述铝粉的纯度大于99.5％，粒径D50为7～8μm；使用双锥混料机在氩气保护的条件下将粉末混合均匀，磨球与粉料重量比为1:1，混合时间为10～24小时，得到复合粉体；
(3)将复合粉体进行冷等静压成型，得到冷等静压坯锭；
(4)将冷等静压坯锭装在预先制好的铝包套中，在400℃、真空度低于1×10-3Pa的条件下封口，使用热等静压烧结的方法，在温度为500～550℃，压力为100～200MPa的条件下保温2小时并随炉冷却实现复合材料的成型，使用车床车掉表面铝皮得到热等静压态钨颗粒增强铝基复合材料；
(5)将得到的热等静压态钨颗粒增强铝基复合材料置于耐高压快速升温试验台中，在炉内真空度≤1×10-2Pa的条件下以8℃/min的升温速率升温至550℃，保温2小时后，在550℃的条件下，以70MPa～200MPa的压力锻压坯料使其以0.001s-1～0.01s-1的应变速率墩粗变形，变形量为20～50％；锻后样品随炉冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，冷等静压成型时采用橡胶包套将液压介质与复合粉末隔离，冷等静压压力为50MPa～200MPa，保压时间为10min～40min。
3.根据权利要求1所述的高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，升温速率不高于10℃/min。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109706337B (zh) * 2018-12-28 2020-09-29 有研工程技术研究院有限公司 一种钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN114921690B (zh) * 2021-09-30 2023-06-09 有研工程技术研究院有限公司 抗高能电子辐射铝基复合屏蔽材料及其制备方法
CN114042912B (zh) * 2021-11-12 2022-07-29 哈尔滨工业大学 一种通过粉末粒径精细化控制NiAl基复合材料力学性能的方法
CN115896515B (zh) * 2022-12-14 2024-04-12 西安理工大学 仿贝壳结构W-Al装甲材料的制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007131886A (ja) * 2005-11-09 2007-05-31 Nippon Steel Corp 耐磨耗性に優れた繊維強化金属の製造方法
CN102114719A (zh) * 2009-12-30 2011-07-06 北京有色金属研究总院 一种包铝颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
CN103773983A (zh) * 2014-01-09 2014-05-07 安泰科技股份有限公司 钨铝合金及其制备方法
CN104213004A (zh) * 2013-06-05 2014-12-17 北京有色金属研究总院 一种可激光焊接的铝基复合材料及其制备方法
CN105401001A (zh) * 2015-11-13 2016-03-16 北京有色金属研究总院 一种粉末冶金法制备钨颗粒增强铝基复合材料的工艺方法
CN105714137A (zh) * 2014-12-05 2016-06-29 北京有色金属研究总院 高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
CN106756159A (zh) * 2016-12-28 2017-05-31 北京有色金属研究总院 一种多级结构钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN106811613A (zh) * 2015-11-30 2017-06-09 北京有色金属研究总院 一种高体积分数B4C与Si颗粒混合增强的铝基复合材料及其制备工艺
CN106916984A (zh) * 2017-03-13 2017-07-04 湖州师范学院 一种惰性多级结构钨铝复合材料及其制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007131886A (ja) * 2005-11-09 2007-05-31 Nippon Steel Corp 耐磨耗性に優れた繊維強化金属の製造方法
CN102114719A (zh) * 2009-12-30 2011-07-06 北京有色金属研究总院 一种包铝颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
CN104213004A (zh) * 2013-06-05 2014-12-17 北京有色金属研究总院 一种可激光焊接的铝基复合材料及其制备方法
CN103773983A (zh) * 2014-01-09 2014-05-07 安泰科技股份有限公司 钨铝合金及其制备方法
CN105714137A (zh) * 2014-12-05 2016-06-29 北京有色金属研究总院 高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
CN105401001A (zh) * 2015-11-13 2016-03-16 北京有色金属研究总院 一种粉末冶金法制备钨颗粒增强铝基复合材料的工艺方法
CN106811613A (zh) * 2015-11-30 2017-06-09 北京有色金属研究总院 一种高体积分数B4C与Si颗粒混合增强的铝基复合材料及其制备工艺
CN106756159A (zh) * 2016-12-28 2017-05-31 北京有色金属研究总院 一种多级结构钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN106916984A (zh) * 2017-03-13 2017-07-04 湖州师范学院 一种惰性多级结构钨铝复合材料及其制备方法

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