CN110257741A - 一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法 - Google Patents
一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法,涉及金属基复合材料加工技术领域。本发明的目的是要解决SiC颗粒增强铝基复合材料在挤压中容易出现裂边儿和开裂的问题。方法:将SiC/6092铝基铸锭加热并保温后,空冷至室温,再将冷却后的SiC/6092铝基铸锭升温后置于挤压机中,采用包铝挤压或锥模挤压的方式对SiC/6092铝基铸锭进行挤压,挤压后固溶处理,然后进行水淬,最后进行时效处理,得到一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材。本发明可获得一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法。
Description
技术领域
本发明涉及金属基复合材料加工技术领域。
背景技术
金属材料具有较高的强度、良好的塑性和冲击韧性等优点,但其耐腐蚀性较差,而陶瓷具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性等特点。陶瓷颗粒增强金属基复合材料能够将金属与陶瓷的优点结合在一起,从而有效地提高了基体材料性能,陶瓷颗粒增强金属基复合材料具有高强度,高耐热性,耐蚀性以及高弹性模量等特点,使之成为极具发展潜力的新型材料。
SiC颗粒增强铝基复合材料这种新型铝基复合材料,是航天、航空对新型材料牵引和需求的主要发展方向之一,用于新型载人深空探测航天器气囊缓冲板、巡视车的斜撑支架等承力构件数量较多,且高性能铝基复合材料已逐渐成为新型载人航天器、深空探测器和可重复返回式卫星等结构设计、工艺制造过程中急需开拓的技术领域。由于陶瓷的特性,导致陶瓷颗粒增强金属基复合材料延伸率低,因此SiC颗粒增强铝基复合材料在挤压中容易出现裂边儿和开裂的现象,如图3所示。
发明内容
本发明的目的是要解决SiC颗粒增强铝基复合材料在挤压中容易出现裂边儿和开裂的问题,而提供一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法。
一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法,按以下步骤完成:
一、将SiC/6092铝基铸锭加热至450℃~500℃,保温5h~8h后,空冷至室温,得到冷却后的SiC/6092铝基铸锭;
二、将步骤一得到的冷却后的SiC/6092铝基铸锭在430℃~470℃的温度条件下,保温1h~2h后置于挤压机中,采用包铝挤压或锥模挤压的方式对SiC/6092铝基铸锭进行挤压,挤压后在470℃~550℃的温度条件下固溶处理2h~4h,然后进行水淬,再在160℃~180℃的温度条件下时效处理5h~7h后,得到一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材。
本发明的有益效果:
1、本发明一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法,分别采用包铝挤压和锥模挤压的方式对SiC/6092铝基铸锭进行挤压,并且在包铝挤压和锥模挤压的过程中SiC/6092铝基铸锭没有出现裂边儿和开裂的现象,解决了陶瓷颗粒增强金属基后复合材料使延伸率变低,在挤压中容易裂边儿和开裂的问题,突破碳化硅增强铝基复合材料挤压过程中的核心技术。
2、本发明制备得到的一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材,具有高强度、高弹性模量、高耐磨性以及优异的耐疲劳性能等特点,拥有巨大的应用潜力,可用于国防、航空航天和交通运输等领域,支撑了以载人航天为代表的高技术领域对金属基复合材料的迫切需求。
本发明可获得一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法。
附图说明
图1为实施例二中采用包铝挤压的方式挤压得到的SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材;
图2为实施例三中采用锥模挤压的方式挤压得到的SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材;
图3为SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材在挤压中出现裂边儿和开裂的现象。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法,按以下步骤完成:
一、将SiC/6092铝基铸锭加热至450℃~500℃,保温5h~8h后,空冷至室温,得到冷却后的SiC/6092铝基铸锭;
二、将步骤一得到的冷却后的SiC/6092铝基铸锭在430℃~470℃的温度条件下,保温1h~2h后置于挤压机中,采用包铝挤压或锥模挤压的方式对SiC/6092铝基铸锭进行挤压,挤压后在470℃~550℃的温度条件下固溶处理2h~4h,然后进行水淬,再在160℃~180℃的温度条件下时效处理5h~7h后,得到一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材。
本实施方式的有益效果:
1、本实施方式一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法,分别采用包铝挤压和锥模挤压的方式对SiC/6092铝基铸锭进行挤压,并且在包铝挤压和锥模挤压的过程中SiC/6092铝基铸锭没有出现裂边儿和开裂的现象,解决了陶瓷颗粒增强金属基后复合材料使延伸率变低,在挤压中容易裂边儿和开裂的问题,突破碳化硅增强铝基复合材料挤压过程中的核心技术。
2、本实施方式制备得到的一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材,具有高强度、高弹性模量、高耐磨性以及优异的耐疲劳性能等特点,拥有巨大的应用潜力,可用于国防、航空航天和交通运输等领域,支撑了以载人航天为代表的高技术领域对金属基复合材料的迫切需求。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同点是:步骤一中所述的SiC/6092铝基铸锭采用搅拌铸造法制备,其制备方法如下:
(1)将SiC颗粒进行前处理,前处理后在600℃~650℃的温度条件下烘干,得到烘干后的SiC颗粒;
(2)按照烘干后的SiC颗粒与6092铝合金的质量比为17:83分别称取烘干后的SiC颗粒和6092铝合金;
(3)将步骤(2)称取的6092铝合金在680℃~720℃的温度条件下,保温10min~30min,得到6092铝合金液;
(4)将步骤(3)得到的6092铝合金液以200r/min~300r/min的搅拌速度搅拌10min~15min,然后在620℃~630℃的温度条件下,在15s内将步骤(2)称取的烘干后的SiC颗粒加入到6092铝合金液中,以1320r/min~2300r/min的搅拌速度搅拌10min~15min,搅拌结束后在650℃~700℃的温度条件下,以200r/min~300r/min的搅拌速度继续搅拌10min~15min后,将混合有SiC颗粒的6092铝合金液浇注到模具中,凝固后去掉模具,得到SiC/6092铝基铸锭。
其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同点是:步骤(1)中所述的SiC颗粒的纯度为98.90%。
其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是:所述的步骤(2)中对SiC颗粒进行前处理的步骤如下:
将SiC颗粒浸入到氢氟酸溶液中浸泡48h,浸泡过程中每5h~6h机械搅拌20min~40min,浸泡后除去上层清液,再加入蒸馏水,沉淀后再除去上层清液,反复清洗至清洗液pH值达到中性后,再在240℃~260℃的温度条件下烘干,最后过500目筛子,得到处理过的SiC颗粒。
其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是:所述的氢氟酸溶液中HF的质量分数为5%。
其他步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是:步骤二中所述的包铝挤压的步骤如下:
在SiC/6092铝基铸锭的一端焊接一块6061铝合金,然后在430℃~450℃的温度条件下,保温1h~2h后置于挤压机中,以焊接有6061铝合金的SiC/6092铝基铸锭端为头部,在挤压比1:30~35、挤压筒温度440℃~460℃、挤压速度0.01mm/s~0.1mm/s、挤压力90MPa~120MPa的条件下,对SiC/6092铝基铸锭进行正向挤压;
6061铝合金与SiC/6092铝基铸锭的直径的比为1:1,长度的比为1~2.5:25。
其他步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是:步骤二中所述的锥模挤压的步骤如下:
将SiC/6092铝基铸锭在450℃~470℃的温度条件下,保温1h~2h后置于挤压机中,采用锥模作为挤压模具,锥角采用50°~60°,在挤压比1:30~35、挤压筒温度450℃~470℃、挤压速度0.01mm/s~0.1mm/s、挤压力130MPa~150MPa的条件下,对SiC/6092铝基铸锭进行正向挤压。
其他步骤与具体实施方式一至六相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果:
实施例一:SiC/6092铝基铸锭采用搅拌铸造法制备,其制备方法如下:
(1)将SiC颗粒进行前处理,前处理后在600℃~650℃的温度条件下烘干,得到烘干后的SiC颗粒;
步骤(1)中所述的SiC颗粒的纯度为98.90%,所述的步骤(1)中对SiC颗粒进行前处理的步骤如下:将SiC颗粒浸入到氢氟酸溶液中浸泡48h,浸泡过程中每6h机械搅拌30min,浸泡后除去上层清液,再加入蒸馏水,沉淀后再除去上层清液,反复清洗至清洗液pH值达到中性后,再在250℃的温度条件下烘干,最后过500目筛子,得到处理过的SiC颗粒;所述的氢氟酸溶液中HF的质量分数为5%;
(2)按照烘干后的SiC颗粒与6092铝合金的质量比为17:83分别称取烘干后的SiC颗粒和6092铝合金;
(3)将步骤(2)称取的6092铝合金放入不锈钢坩埚并升温至700℃,保温20min,得到6092铝合金液;
(4)将步骤(3)得到的6092铝合金液以200r/min~300r/min的搅拌速度搅拌10min~15min,同时将控制箱温度设为560~630℃,用热电偶测铝合金液的温度,当温度到620℃时,在15s内将步骤(2)称取的烘干后的SiC颗粒加入到6092铝合金液中,以2000r/min的搅拌速度搅拌12min,搅拌结束后在670℃的温度条件下,以250r/min的搅拌速度继续搅拌13min后,将混合有SiC颗粒的6092铝合金液浇注到模具中,凝固后去掉模具,得到规格为Ф85*250mm的SiC/6092铝基铸锭。
实施例二:采用包铝挤压的方式对实施例一制备的规格为Ф85*250mm的SiC/6092铝基铸锭进行挤压的方法,按以下步骤完成:
一、将实施例一制备的规格为Ф85*250mm的SiC/6092铝基铸锭加热至470℃,保温6h,去除铸锭内的应力,并达到软化作用,然后空冷至室温,得到冷却后的规格为Ф85*250mm的SiC/6092铝基铸锭;
二、在步骤一得到的冷却后的规格为Ф85*250mm的SiC/6092铝基铸锭的一端焊接一块规格为Ф85*20mm的6061铝合金,然后在430℃的温度条件下保温2h后置于750吨挤压机中,以焊接有6061铝合金的SiC/6092铝基铸锭端为头部,在挤压比1:35、挤压筒温度450℃、挤压速度0.1mm/s、挤压力100MPa的条件下,对SiC/6092铝基铸锭进行正向挤压,挤压后在540℃的温度条件下固溶3h,然后进行水淬,再在170℃的温度条件下经24米时效炉处理6h后,得到一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材;
如图1所示,步骤二得到的一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材在包铝挤压过程中没有出现裂边儿和开裂的现象。经过测试,一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的抗拉强度为485MPa,弹性模量为97MPa,延伸率为7.2%。
实施例三:采用锥模挤压的方式对实施例一制备的规格为Ф85*250mm的SiC/6092铝基铸锭进行挤压的方法,按以下步骤完成:
一、将规格为Ф85*250mm的SiC/6092铝基铸锭加热至470℃,保温6h,去除铸锭内的应力,并达到软化作用,然后空冷至室温,得到冷却后的规格为Ф85*250mm的SiC/6092铝基铸锭;
二、将步骤一得到的冷却后的规格为Ф85*250mm的SiC/6092铝基铸锭在450℃的温度条件下,保温2h后置于750吨挤压机中,采用锥模作为挤压模具,锥角采用55°,在挤压比1:35、挤压筒温度470℃、挤压速度0.05mm/s、挤压力130MPa的条件下,对SiC/6092铝基铸锭进行正向挤压,挤压后在540℃的温度条件下固溶3h,然后进行水淬,再在170℃的温度条件下经24米时效炉处理6h后,得到一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材;
如图2所示,步骤二得到的一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材在锥模挤压过程中没有出现裂边儿和开裂的现象。经过测试,一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的抗拉强度为500MPa,弹性模量为100MPa,延伸率为6%。
实施例的有益效果:
1、一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法,分别采用包铝挤压和锥模挤压的方式对SiC/6092铝基铸锭进行挤压,并且在包铝挤压和锥模挤压的过程中SiC/6092铝基铸锭没有出现裂边儿和开裂的现象,解决了陶瓷颗粒增强金属基后复合材料使延伸率变低,在挤压中容易裂边儿和开裂的问题,突破碳化硅增强铝基复合材料挤压过程中的核心技术。
2、实施例制备得到的一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材,具有高强度、高弹性模量、高耐磨性以及优异的耐疲劳性能等特点,拥有巨大的应用潜力,可用于国防、航空航天和交通运输等领域,支撑了以载人航天为代表的高技术领域对金属基复合材料的迫切需求。
Claims (7)
1.一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法,其特征在于该挤压方法按以下步骤完成:
一、将SiC/6092铝基铸锭加热至450℃~500℃,保温5h~8h后,空冷至室温,得到冷却后的SiC/6092铝基铸锭;
二、将步骤一得到的冷却后的SiC/6092铝基铸锭在430℃~470℃的温度条件下,保温1h~2h后置于挤压机中,采用包铝挤压或锥模挤压的方式对SiC/6092铝基铸锭进行挤压,挤压后在470℃~550℃的温度条件下固溶处理2h~4h,然后进行水淬,再在160℃~180℃的温度条件下时效处理5h~7h后,得到一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材。
2.根据权利要求1所述的一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法,其特征在于步骤一中所述的SiC/6092铝基铸锭采用搅拌铸造法制备,其制备方法如下:
(1)将SiC颗粒进行前处理,前处理后在600℃~650℃的温度条件下烘干,得到烘干后的SiC颗粒;
(2)按照烘干后的SiC颗粒与6092铝合金的质量比为17:83分别称取烘干后的SiC颗粒和6092铝合金;
(3)将步骤(2)称取的6092铝合金在680℃~720℃的温度条件下,保温10min~30min,得到6092铝合金液;
(4)将步骤(3)得到的6092铝合金液以200r/min~300r/min的搅拌速度搅拌10min~15min,然后在620℃~630℃的温度条件下,在15s内将步骤(2)称取的烘干后的SiC颗粒加入到6092铝合金液中,以1320r/min~2300r/min的搅拌速度搅拌10min~15min,搅拌结束后在650℃~700℃的温度条件下,以200r/min~300r/min的搅拌速度继续搅拌10min~15min后,将混合有SiC颗粒的6092铝合金液浇注到模具中,凝固后去掉模具,得到SiC/6092铝基铸锭。
3.根据权利要求2所述的一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法,其特征在于步骤(1)中所述的SiC颗粒的纯度为98.90%。
4.根据权利要求2所述的一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法,其特征在于所述的步骤(2)中对SiC颗粒进行前处理的步骤如下:
将SiC颗粒浸入到氢氟酸溶液中浸泡48h,浸泡过程中每5h~6h机械搅拌20min~40min,浸泡后除去上层清液,再加入蒸馏水,沉淀后再除去上层清液,反复清洗至清洗液pH值达到中性后,再在240℃~260℃的温度条件下烘干,最后过500目筛子,得到处理过的SiC颗粒。
5.根据权利要求4所述的一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法,其特征在于所述的氢氟酸溶液中HF的质量分数为5%。
6.根据权利要求1所述的一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法,其特征在于步骤二中所述的包铝挤压的步骤如下:
在SiC/6092铝基铸锭的一端焊接一块6061铝合金,然后在430℃~450℃的温度条件下,保温1h~2h后置于挤压机中,以焊接有6061铝合金的SiC/6092铝基铸锭端为头部,在挤压比1:30~35、挤压筒温度440℃~460℃、挤压速度0.01mm/s~0.1mm/s、挤压力90MPa~120MPa的条件下,对SiC/6092铝基铸锭进行正向挤压;
6061铝合金与SiC/6092铝基铸锭的直径的比为1:1,长度的比为1~2.5:25。
7.根据权利要求1所述的一种SiC颗粒增强6092铝基复合材料型材的挤压方法,其特征在于步骤二中所述的锥模挤压的步骤如下:
将SiC/6092铝基铸锭在450℃~470℃的温度条件下,保温1h~2h后置于挤压机中,采用锥模作为挤压模具,锥角采用50°~60°,在挤压比1:30~35、挤压筒温度450℃~470℃、挤压速度0.01mm/s~0.1mm/s、挤压力130MPa~150MPa的条件下,对SiC/6092铝基铸锭进行正向挤压。
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