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鋁基複合材料的粉末冶金製備法

時間:2015-3-10 16:30:29

  鋁基複合材料是以金屬鋁及其合金為基體,以金屬、非金屬顆粒、晶須或纖維為增強體的非均質混合物,在航空航天、汽車工業等領域得到廣泛的應用。由於采用粉末冶金法可使增強體以任意比例添加到複合材料基體中,增強體也易於在宏觀上形成更均勻的分布,且燒結溫度低,界麵反應容易控製;同時,材料的性能和穩定性明顯優於其他方法製備的材料,所以粉末冶金法成為目前製備鋁基複合材料最常用的一種工藝。 

  粉末冶金法製備複合材料的具體工藝包括以下幾個步驟。
  一.混粉。
  一般混粉的方式有普通幹混、球磨及濕混。在這三種混粉方式中,普通幹混及濕混容易出現增強體分布不均勻及大量的團聚、分層等現象,通常較為常用且有效的是球磨。
  二.粉末預壓。
  在混粉結束後,即進行粉末預壓處理。粉末預壓成形方法主要有冷壓和冷等靜壓。相比之下,冷壓是最為經濟、常用的粉末預壓成坯法。在鋁合金粉末預壓後,一般要求預壓坯密度為複合材料密度的70%~80%,以利於脫氣階段氣體的逸出。由於鋁粉和增強體容易吸附水蒸氣並氧化,粉末生坯在加熱過程中將釋放大量的水蒸氣、氫氣、二氧化碳和一氧化碳氣體。因此,生坯在熱加工前應經過除氣處理,避免製品中出現氣泡和裂紋;除氣溫度一般應等於或者稍高於隨後的熱壓、熱加工變形和熱處理溫度,以避免壓塊中殘存的水和氣體造成材料中產生氣泡和分層。但是如果溫度過高,鋁合金中其它一些元素可能出現燒損,還會使合金中起強化作用的金屬間化合物聚集、粗化,降低材料的性能。
  三. 固化。
  在粉末除氣後,對其進行致密化處理,即燒結、熱壓、熱等靜壓及熱擠壓鬆散的粉末或預壓的粉末。在確保低成本和高生產率的情況下,通過單軸冷擠壓成坯,經過除氣後,以一定速率升至一定的溫度,並按照一定的擠壓比進行熱擠壓,再進行後期的熱處理,得到最終的材料。這種將粉末冶金與後續致密化處理(如擠壓、軋製等)結合起來的粉末成形工藝,使粉末能夠在短時高溫、高壓作用下發生塑性變形,進而實現粉末顆粒間的結合,這種工藝在目前粉末冶金法製備鋁基複合材料的研究中使用較多。與常規的磷鐵粉末冶金法相比,擠壓過程中粉末顆粒除受到三向壓應力外,沿擠壓方向還承受巨大的剪切力,其表麵的氧化膜破碎後進一步增強了相鄰粉末顆粒間的結合強度,組織結構細小均勻且成分偏析少,增強體顆粒無明顯團聚,有利於其在基體中的分布,此外這種方法無需燒結,減少了製備工序,降低了成本。相比高成本的熱等靜壓工藝,粉末熱擠壓工藝綜合優勢更為明顯,可直接得到物理和力學性能優異的材料。