1.本發(fā)明涉及金屬基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

2.陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有密度低、比強(qiáng)度高、比剛度高、耐磨性好，熱膨脹系數(shù)低、彈性模量高且導(dǎo)熱性良好等優(yōu)點(diǎn)，在軍工領(lǐng)域被大量應(yīng)用于航空、航天、船舶材料，在民用領(lǐng)域常用于車(chē)輪制動(dòng)盤(pán)材料等，具有廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景，是一種極具應(yīng)用潛力的新型材料。

3.固態(tài)制造法和液態(tài)制造法是目前顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的主要生產(chǎn)方式，固態(tài)制造法就是粉末冶金法固相燒結(jié)，液態(tài)制造法常見(jiàn)的是攪拌熔鑄法、壓力鑄造法、原位自生成技術(shù)等。其中攪拌熔鑄法工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、適合大規(guī)模生產(chǎn)。在國(guó)際上普遍關(guān)注的、應(yīng)用最多的是鋁基復(fù)合材料，由于鋁基材料具有重量輕、比強(qiáng)度高、比剛度高、熱膨脹系數(shù)低，熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能良好，優(yōu)良的耐磨耐腐蝕性能，決定了它作為復(fù)合材料的母體是最佳的選擇。而且鋁的儲(chǔ)存量巨大，有較好的成型性及加工性便于加工和處理。因此使用鋁基體作為制備和生產(chǎn)復(fù)合材料符合當(dāng)今時(shí)代發(fā)展方向的趨勢(shì)。

4.在液態(tài)攪拌法制備復(fù)合材料的過(guò)程中，由于碳化硅顆粒與鋁合金基體潤(rùn)濕性差，這是導(dǎo)致制備出的復(fù)合材料中碳化硅顆粒極易團(tuán)聚的原因，碳化硅顆粒與氣體的潤(rùn)濕性好于與鋁合金基體，故導(dǎo)致大量的氣體吸附容易出現(xiàn)氣孔偏多現(xiàn)象，這些因素嚴(yán)重影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，解決在制備過(guò)程中碳化硅顆粒難加入、易團(tuán)聚的問(wèn)題，而提供一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，可以使碳化硅與鋁基體之間有良好的潤(rùn)濕性，且碳化硅顆粒分布均勻，制備的復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)異。

6.為實(shí)現(xiàn)以上的目的，本發(fā)明提供一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其原料包括粒徑在5μm-20μm的工業(yè)碳化硅粉、鑄造鋁合金材料，所述碳化硅粉在所述碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中的重量百分比為1%-30%。

7.本發(fā)明還提供一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，按照以下步驟完成：（1）選用粒徑范圍在5μm-20μm的工業(yè)碳化硅顆粒，用耐高溫容器盛放置于高溫箱式爐內(nèi)，進(jìn)行高溫烘烤處理，設(shè)置加熱溫度為1100℃，保溫時(shí)間4h-6h，結(jié)束后取出空冷至室溫，得到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的碳化硅粉末。

8.（2）將步驟（1）制得的碳化硅粉末置于行星式球磨機(jī)的球罐內(nèi)，進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間30min-60min，球磨后得到無(wú)結(jié)塊、分散均勻的細(xì)粉。

9.（3）將步驟（2）球磨后的碳化硅粉末置于高溫箱式爐內(nèi)預(yù)熱，溫度為350℃-450℃保溫。

10.（4）將鑄造鋁合金放入坩堝并在電阻爐上加熱至760℃-790℃熔化。在720℃-760℃，向鋁液中加入0.4%-0.8%鋁磷變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理。所述的鋁合金為鑄造鋁合金，其中鋁硅系合金最為常用，基體成分均按照國(guó)標(biāo)（gb/t）及美標(biāo)（astm）的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行但不僅限于此。

11.（5）在750℃-790℃，采用噴粉精煉機(jī)處理鋁合金熔體，精煉劑加入量1%-3%，精煉時(shí)間15min-30min。

12.（6）在760℃-780℃，采用鋁液旋轉(zhuǎn)噴吹除氣機(jī)處理熔體，時(shí)間20min-40min。

13.（7）降溫至680℃-700℃保溫，靜置15min-30min。

14.（8）將液態(tài)攪拌裝置吊裝至電阻爐上方，攪拌葉片部位用燃?xì)饣鹧鎳姌岊A(yù)熱至500℃-600℃。

15.（9）鋁液溫度控制在670℃-690℃保溫，將攪拌葉片伸入熔體開(kāi)始攪拌，攪拌速度在700r/min-900r/min。

16.（10）將步驟（3）預(yù)熱好的碳化硅粉末加入自動(dòng)加粉機(jī)內(nèi)，保持勻速進(jìn)料，加粉時(shí)間為15min-30min。

17.（11）加粉完成后，提高攪拌速度達(dá)3000r/min-5000r/min，攪拌時(shí)間5min-15min。

18.（12）升溫至720℃-740℃，通入氬氣除氣，除氣時(shí)間10min-20min，扒渣，靜置10min-15min。

19.（13）將混有碳化硅顆粒的鋁合金液澆注到金屬模具中，凝固后去掉模具，得到碳化硅增強(qiáng)鋁基合金復(fù)合材料。

20.綜上所述，由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供了一種碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，是當(dāng)前液態(tài)熔鑄法制備碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料領(lǐng)域一種技術(shù)突破，具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、設(shè)備要求低、生產(chǎn)成本低、克服了傳統(tǒng)液態(tài)攪拌法中存在的碳化硅顆粒難加入、易團(tuán)聚的問(wèn)題，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

21.優(yōu)選的，步驟（3）制備的復(fù)合材料碳化硅重量百分比范圍在1%-30%，5μm-10μm粒徑的碳化硅選取1%-15%，或14μm-20μm粒徑的碳化硅選取1%-30%。

22.進(jìn)一步的，所述液態(tài)攪拌裝置，包括一個(gè)托盤(pán)，托盤(pán)上方通過(guò)電機(jī)支架安裝有伺服電機(jī)，托盤(pán)上還安裝有多個(gè)吊鉤，托盤(pán)下方連接有多個(gè)連接板，連接板中部之間水平連接有蓋子，連接板底部連接有上下兩端開(kāi)口的筒狀罩子，罩子側(cè)壁上開(kāi)有多個(gè)孔；伺服電機(jī)的傳動(dòng)軸向下穿過(guò)托盤(pán)和蓋子，傳動(dòng)軸位于罩子內(nèi)的部分安裝有多組葉片；葉片自上而下兩兩成對(duì)，每個(gè)葉片截面形狀為直角梯形，其中葉片斜邊角度為45

°

；成對(duì)的上下兩級(jí)葉片反向相對(duì)裝配，互為鏡像。

23.本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明通過(guò)對(duì)5μm-20μm工業(yè)碳化硅粉末高溫焙燒的方法，對(duì)碳化硅顆粒的表面進(jìn)行氧化處理，可以在碳化硅表面生成一層二氧化硅薄層，它能夠有效參與熔體內(nèi)的界面反應(yīng)并實(shí)現(xiàn)反應(yīng)潤(rùn)濕，從而提高碳化硅與鋁基體的潤(rùn)濕性，極大的改善了在液態(tài)攪拌過(guò)程中碳化硅顆粒難以加入熔體的問(wèn)題。而且采用高溫氧化法是目前碳化硅預(yù)處理方法中操作最簡(jiǎn)便、成本最少、難度最小的一種手段。

24.2、本發(fā)明提供的一個(gè)先進(jìn)性技術(shù)是采用一種完全新型的攪拌葉片結(jié)構(gòu)，如附圖2所示，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：a上述葉片結(jié)構(gòu)采用三角切面式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，剪切力極大增強(qiáng)，在熔體攪拌時(shí)，液面可形成穩(wěn)定的漩渦，這是碳化硅實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定加入熔體的最佳條件，從本質(zhì)上改善了碳化硅加入困難而導(dǎo)致漂浮現(xiàn)象。傳統(tǒng)的攪拌設(shè)備由于葉片結(jié)構(gòu)的欠缺與不足，且碳化硅在加入熔體后鋁液的粘度變大，特別在較低溫度與攪拌速度下，不能產(chǎn)生足夠的剪切力形成穩(wěn)定的漩渦將碳化硅顆粒加入熔體中。

25.b上述葉片結(jié)構(gòu)具有上下多級(jí)、相互剪切的作用，葉片結(jié)構(gòu)采用雙級(jí)配合的方式，下方正向上方反向保證鋁液在湍流態(tài)下形成閉合式循壞攪動(dòng)，可以將加入鋁液中呈團(tuán)聚狀態(tài)的碳化硅顆粒充分打散，在熔體中達(dá)到彌散分布，而多級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)于整個(gè)熔池更加強(qiáng)化了這種效果。

26.c本發(fā)明提供的葉片結(jié)構(gòu)外加罩子，可以保證在高速攪拌過(guò)程中熔池液面的穩(wěn)定，同時(shí)起到強(qiáng)化攪拌效果、提高碳化硅顆粒分布均勻性，防止偏析現(xiàn)象的作用。

27.3、本發(fā)明提供的制備工藝參數(shù)為優(yōu)選的范圍，低速攪拌時(shí)鋁液溫度在670℃-690℃，攪拌速度在700r/min-900r/min，時(shí)間15min-30min，能有效提高碳化硅的潤(rùn)濕性，高速攪拌速度在3000r/min-5000r/min，時(shí)間5min-10min。該方法可以使碳化硅顆粒的分布均勻性明顯提高，能夠制備出顆粒分布均勻，組織良好的碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

附圖說(shuō)明

28.為了更加清楚的說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)需要使用附圖做簡(jiǎn)要的介紹。

29.附圖1為液態(tài)攪拌裝置及設(shè)備示意圖，1、氬氣管，2、熱電偶，3、自動(dòng)加粉機(jī)，4、電阻爐，5、液態(tài)攪拌裝置，6、鋁合金液。

30.附圖2為新型液態(tài)攪拌裝置示意圖。

31.51-伺服電機(jī)，52-電機(jī)支架，53-吊鉤，54-托盤(pán)，55-蓋子，56-傳動(dòng)軸，57-罩子，58-葉片，59-連接板。

32.附圖3為新型液態(tài)攪拌裝置葉片結(jié)構(gòu)示意圖。

33.附圖4為使用本發(fā)明方法制備的復(fù)合材料金相顯微組織圖，其中a為實(shí)施例1金相顯微組織，b為實(shí)施例3金相顯微組織。

具體實(shí)施方式

34.實(shí)施例1：本實(shí)施例制備碳化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的sicp/a357復(fù)合材料，具體步驟為：（1）設(shè)計(jì)制備復(fù)合材料重量為200kg，在電子秤上稱(chēng)取粒徑14μm的工業(yè)α-sic顆粒20kg放置于不銹鋼坩堝內(nèi)。

35.（2）將不銹鋼坩堝放置于箱式保溫爐爐膛中心，設(shè)定好加熱溫度曲線(xiàn)及加熱速率，首先在500℃保溫30min，打開(kāi)爐蓋用工具鏟將上下翻動(dòng)，關(guān)閉爐蓋升溫至900℃保溫30min，之后升溫至1100℃保溫4h，結(jié)束后取出空冷。

36.（3）將冷卻至室溫的碳化硅粉末裝入行星式球磨機(jī)的球罐內(nèi)進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間為40min。

37.（4）結(jié)束后取出置于保溫爐內(nèi)預(yù)熱，溫度400℃。

38.（5）稱(chēng)取180kga357鋁合金作為基體合金，放置于坩堝底部升溫760℃加熱熔化，在740℃完全熔化后在鋁液中加入1kg鋁磷變質(zhì)劑做變質(zhì)處理；升溫至780℃，用噴粉精煉機(jī)處理鋁合金熔體，精煉劑加入量為2.5kg，精煉時(shí)間15min；在760℃，采用鋁液旋轉(zhuǎn)噴吹除氣機(jī)處理熔體，除氣時(shí)間40min，降溫至680℃保溫靜置15min。

39.（6）將液態(tài)攪拌裝置吊裝至電阻爐上方，用天然氣火焰噴槍對(duì)葉片部位依次預(yù)熱溫度達(dá)500℃，之后緩慢下降至坩堝熔體內(nèi)。

40.（7）攪拌葉片共四級(jí)上下間距均為200mm，葉片角度45

°

，葉片直徑520mm，攪拌葉片距離坩堝底部300mm，鋁液溫度在670℃保溫，開(kāi)始攪拌速度為720r/min。

41.（8）將步驟（4）預(yù)熱好的碳化硅粉末加入自動(dòng)加粉機(jī)內(nèi)，保持勻速進(jìn)料約500g/min，加粉時(shí)間15-20min。完成后，將攪拌器蓋蓋好，提高攪拌速度4000r/min攪拌10min。

42.（9）升溫至720℃-740℃，通入氬氣進(jìn)行除氣，除氣時(shí)間10min-20min，扒渣，靜置10min-15min。

43.（10）將混有碳化硅顆粒的鋁合金液澆注到預(yù)熱溫度為200℃的金屬模具中，凝固后去掉模具，得到碳化硅增強(qiáng)鋁基合金復(fù)合材料。

44.（11）將鑄錠從中心部位取樣加工為標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒，隨后進(jìn)行t6熱處理，熱處理工藝為535℃7h水冷+178℃6h時(shí)效，完成時(shí)效后取樣品進(jìn)行金相顯微組織觀(guān)察及力學(xué)性能分析。

45.測(cè)試結(jié)果為：金相顯微組織觀(guān)察顯示，碳化硅顆粒分布均勻、無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，氣孔率低，組織缺陷少；力學(xué)性能較好，復(fù)合材料經(jīng)熱處理后力學(xué)性能平均值為：抗拉強(qiáng)度370mpa，延伸率4.6%，屈服強(qiáng)度305mpa，彈性模量85gpa。

46.實(shí)施例2：本實(shí)施例制備碳化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的sicp/a357復(fù)合材料，具體步驟為：（1）設(shè)計(jì)制備復(fù)合材料重量為200kg，在電子秤上稱(chēng)取粒徑14μm的工業(yè)α-sic顆粒40kg放置于不銹鋼坩堝內(nèi)。

47.（2）將不銹鋼坩堝放置于箱式保溫爐爐膛中心，設(shè)定好加熱溫度曲線(xiàn)及加熱速率，首先在500℃保溫30min，打開(kāi)爐蓋用工具鏟將上下翻動(dòng)，關(guān)閉爐蓋升溫至900℃保溫30min，之后升溫至1100℃保溫4h，結(jié)束后取出空冷。

48.（3）將冷卻至室溫的碳化硅粉末裝入行星式球磨機(jī)的球罐內(nèi)進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間為50min。

49.（4）結(jié)束后取出置于保溫爐內(nèi)預(yù)熱，溫度400℃。

50.（5）稱(chēng)取160kga357鋁合金作為基體合金，放置于坩堝底部升溫760℃加熱熔化，在740℃完全熔化后在鋁液中加入1kg鋁磷變質(zhì)劑做變質(zhì)處理；升溫至780℃，用噴粉精煉機(jī)處理鋁合金熔體，精煉劑加入量為2.5kg，精煉時(shí)間15min；在760℃，采用鋁液旋轉(zhuǎn)噴吹除氣機(jī)處理熔體，除氣時(shí)間20-40min，降溫至680℃保溫靜置15min。

51.（6）將液態(tài)攪拌裝置吊裝至電阻爐上方，用天然氣火焰噴槍對(duì)葉片部位依次預(yù)熱溫度達(dá)500℃，之后緩慢下降至坩堝熔體內(nèi)。

52.（7）攪拌葉片共四級(jí)上下間距均為200mm，葉片角度45°，葉片直徑520mm，攪拌葉片距離坩堝底部300mm，鋁液溫度在670℃保溫，開(kāi)始攪拌速度為720r/min。

53.（8）將步驟（4）預(yù)熱好的碳化硅粉末加入自動(dòng)進(jìn)料機(jī)內(nèi)，保持勻速進(jìn)料約500g/min，加粉時(shí)間15-20min。完成后，將攪拌器蓋蓋好，提高攪拌速度4000r/min攪拌10min。

54.（9）升溫至720℃-740℃，通入氬氣進(jìn)行除氣，除氣時(shí)間10min-20min，扒渣，靜置10min-15min。

55.（10）將混有碳化硅顆粒的鋁合金液澆注到預(yù)熱溫度為200℃的金屬模具中，凝固后去掉模具，得到碳化硅增強(qiáng)鋁基合金復(fù)合材料。

56.（11）將鑄錠從中心部位取樣加工為標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒，隨后進(jìn)行t6熱處理，熱處理工藝為535℃7h水冷+178℃6h時(shí)效，完成時(shí)效后取樣品進(jìn)行金相顯微組織觀(guān)察及力學(xué)性能分析。

57.測(cè)試結(jié)果為：金相顯微組織觀(guān)察顯示，碳化硅顆粒分布均勻、無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，氣孔率低，組織缺陷少；力學(xué)性能較好，復(fù)合材料經(jīng)熱處理后力學(xué)性能平均值為：抗拉強(qiáng)度391mpa，延伸率2.2%，屈服強(qiáng)度348mpa，彈性模量99gpa。

58.實(shí)施例3：本實(shí)施例制備碳化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的sicp/zl114a復(fù)合材料，具體步驟為：（1）設(shè)計(jì)制備復(fù)合材料重量為200kg，在電子秤上稱(chēng)取粒徑14μm的工業(yè)α-sic顆粒20kg放置于不銹鋼坩堝內(nèi)。

59.（2）將不銹鋼坩堝放置于箱式保溫爐爐膛中心，設(shè)定好加熱溫度曲線(xiàn)及加熱速率，首先在500℃保溫30min，打開(kāi)爐蓋用工具鏟將上下翻動(dòng)，關(guān)閉爐蓋升溫至900℃保溫30min，之后升溫至1100℃保溫4h，結(jié)束后取出空冷。

60.（3）將冷卻至室溫的碳化硅粉末裝入行星式球磨機(jī)的球罐內(nèi)進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間為40min。

61.（4）結(jié)束后取出置于保溫爐內(nèi)預(yù)熱，溫度400℃。

62.（5）稱(chēng)取180kgzl114a鋁合金作為基體合金，放置于坩堝底部升溫760℃加熱熔化，在740℃完全熔化后在鋁液中加入1kg鋁磷變質(zhì)劑做變質(zhì)處理；升溫至780℃，用噴粉精煉機(jī)處理鋁合金熔體，精煉劑加入量為2.5kg，精煉時(shí)間15min；在760℃，采用鋁液旋轉(zhuǎn)噴吹除氣機(jī)處理熔體，除氣時(shí)間20-40min，降溫至680℃保溫靜置15min。

63.（6）將新型液態(tài)攪拌裝置吊裝至電阻爐上方，用天然氣火焰噴槍對(duì)葉片部位依次預(yù)熱溫度達(dá)500℃，之后緩慢下降至坩堝熔體內(nèi)。

64.（7）攪拌葉片共四級(jí)上下間距均為200mm，葉片角度45°，葉片直徑520mm，攪拌葉片距離坩堝底部300mm，鋁液溫度在670℃保溫，開(kāi)始攪拌速度為720r/min。

65.（8）將步驟（4）預(yù)熱好的碳化硅粉末加入自動(dòng)進(jìn)料機(jī)內(nèi)，保持勻速進(jìn)料約500g/min，加粉時(shí)間15-20min。完成后，將攪拌器蓋蓋好，提高攪拌速度4000r/min攪拌10min。

66.（9）升溫至720℃-740℃，通入氬氣進(jìn)行除氣，除氣時(shí)間10min-20min，扒渣，靜置10min-15min。

67.（10）將混有碳化硅顆粒的鋁合金液澆注到預(yù)熱溫度為200℃的金屬模具中，凝固后去掉模具，得到碳化硅增強(qiáng)鋁基合金復(fù)合材料。

68.（11）將鑄錠從中心部位取樣加工為標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒，隨后進(jìn)行t6熱處理，熱處理工藝為535℃7h水冷+178℃6h時(shí)效，完成時(shí)效后取樣品進(jìn)行金相顯微組織觀(guān)察及力學(xué)性能分析。

69.測(cè)試結(jié)果為：金相顯微組織觀(guān)察顯示，碳化硅顆粒分布均勻、無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，氣孔率低，組織缺陷少；力學(xué)性能較好，復(fù)合材料經(jīng)熱處理后力學(xué)性能平均值為：抗拉強(qiáng)度373mpa，延伸率3.7%，屈服強(qiáng)度322mpa，彈性模量86gpa。

70.實(shí)施例4：本實(shí)施例制備碳化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的sicp/zl114a復(fù)合材料，具體步驟為：（1）設(shè)計(jì)制備復(fù)合材料重量為200kg，在電子秤上稱(chēng)取粒徑14μm的工業(yè)α-sic顆粒40kg放置于不銹鋼坩堝內(nèi)。

71.（2）將不銹鋼坩堝放置于箱式保溫爐爐膛中心，設(shè)定好加熱溫度曲線(xiàn)及加熱速率，首先在500℃保溫30min，打開(kāi)爐蓋用工具鏟將上下翻動(dòng)，關(guān)閉爐蓋升溫至900℃保溫30min，之后升溫至1100℃保溫3h，結(jié)束后取出空冷。

72.（3）將冷卻至室溫的碳化硅粉末裝入行星式球磨機(jī)的球罐內(nèi)進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間為50min。

73.（4）結(jié)束后取出置于保溫爐內(nèi)預(yù)熱，溫度400℃。

74.（5）稱(chēng)取160kgzl114a鋁合金作為基體合金，放置于坩堝底部升溫760℃加熱熔化，在740℃完全熔化后在鋁液中加入1kg鋁磷變質(zhì)劑做變質(zhì)處理；升溫至780℃，用噴粉精煉機(jī)處理鋁合金熔體，精煉劑加入量為2.5kg，精煉時(shí)間15min；在760℃，采用鋁液旋轉(zhuǎn)噴吹除氣機(jī)處理熔體，除氣時(shí)間20-40min，降溫至680℃保溫靜置15min。

75.（6）將液態(tài)攪拌裝置吊裝至電阻爐上方，用天然氣火焰噴槍對(duì)葉片部位依次預(yù)熱溫度達(dá)500℃，之后緩慢下降至坩堝熔體內(nèi)。

76.（7）攪拌葉片共四級(jí)上下間距均為200mm，葉片角度45°，葉片直徑520mm，攪拌葉片距離坩堝底部300mm，鋁液溫度在670℃保溫，開(kāi)始攪拌速度為720r/min。

77.（8）將步驟（4）預(yù)熱好的碳化硅粉末加入自動(dòng)進(jìn)料機(jī)內(nèi)，保持勻速進(jìn)料約500g/min，加粉時(shí)間15-20min。完成后，將攪拌器蓋蓋好，提高攪拌速度4000r/min攪拌10min。

78.（9）升溫至720℃-740℃，通入氬氣進(jìn)行除氣，除氣時(shí)間10min-20min，扒渣，靜置10min-15min。

79.（10）將混有碳化硅顆粒的鋁合金液澆注到預(yù)熱溫度為200℃的金屬模具中，凝固后去掉模具，得到碳化硅增強(qiáng)鋁基合金復(fù)合材料。

80.（11）將鑄錠從中心部位取樣加工為標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒，隨后進(jìn)行t6熱處理，熱處理工藝為535℃7h水冷+178℃6h時(shí)效，完成時(shí)效后取樣品進(jìn)行金相顯微組織觀(guān)察及力學(xué)性能分析。

81.測(cè)試結(jié)果為：金相顯微組織觀(guān)察顯示，碳化硅顆粒分布均勻、無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，氣孔率低，組織缺陷少；力學(xué)性能較好，復(fù)合材料經(jīng)熱處理后力學(xué)性能平均值為：抗拉強(qiáng)度387mpa，延伸率2.8%，屈服強(qiáng)度356mpa，彈性模量101gpa。

82.。

83.由表1可以看出，a357合金基體抗拉強(qiáng)度為325mpa，屈服強(qiáng)度為241mpa，彈性模量為75gpa，制備出20%sicp/a357復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度為391mpa，屈服強(qiáng)度為348mpa，彈性模量為99gpa，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別提高了20.3%和44.4%，彈性模量提高了24gpa；zl114a合金基體抗拉強(qiáng)度為330mpa，屈服強(qiáng)度為264mpa，彈性模量為74gpa，制備出20%sicp/zl114a復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度為387mpa，屈服強(qiáng)度為356mpa，彈性模量為101gpa，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別提高了17.3%和34.8%，彈性模量提高了27gpa。

84.如圖1所示，液態(tài)攪拌裝置伸入坩堝內(nèi)，其中葉片伸入液面以下；托盤(pán)為鏤空結(jié)構(gòu)，自動(dòng)加粉機(jī)可以通過(guò)托盤(pán)上的口向溶液中加料。

85.如圖2所示，所述液態(tài)攪拌裝置，包括一個(gè)托盤(pán)54，托盤(pán)54上方通過(guò)電機(jī)支架52安裝有伺服電機(jī)51，托盤(pán)54上還安裝有多個(gè)吊鉤53，托盤(pán)54下方連接有多個(gè)連接板59，連接板59中部之間水平連接有蓋子55，連接板59底部連接有上下兩端開(kāi)口的筒狀罩子57，罩子57側(cè)壁上開(kāi)有多個(gè)孔；伺服電機(jī)51的傳動(dòng)軸56向下穿過(guò)托盤(pán)54和蓋子55，傳動(dòng)軸56位于罩子57內(nèi)的部分安裝有多組葉片58。

86.如圖3所示，葉片58自上而下兩兩成對(duì)，每個(gè)葉片截面形狀為直角梯形（梯形有一條短邊很短，相當(dāng)于將直角三角形其中一角切除很小的一部分），其中葉片斜邊角度為45°；成對(duì)的上下兩級(jí)葉片反向相對(duì)裝配，互為鏡像；每個(gè)葉片有四個(gè)槳葉，每個(gè)槳葉縱截面均為直角三角形，葉片的一條直角邊與水平面平行，另一條直角邊與豎直面平行，斜邊與水平面成45度角。這種結(jié)構(gòu)的葉片確保了攪拌質(zhì)量。

87.綜上分析足以證明，本發(fā)明提供的制備方法能夠顯著提高碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能，且工藝制備工序簡(jiǎn)單、成本低廉，能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，目前可以達(dá)到該領(lǐng)域內(nèi)的先進(jìn)水平。

88.以上所述實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)做出任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其原料包括粒徑在5μm-20μm的工業(yè)碳化硅粉、鑄造鋁合金材料，所述碳化硅粉在所述碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中的重量百分比為1%-30%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特征在于，所述5μm-20μm的工業(yè)碳化硅粉屬于α-sic，顏色為綠色或黑色。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特征在于，所述鑄造鋁合金材料為以鋁硅系合金為主的鑄造鋁合金。4.一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）將權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的碳化硅粉置于高溫箱式爐內(nèi)加熱，溫度為1100℃保溫4h-6h后，取出空冷至室溫，得到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的碳化硅粉末；（2）將步驟（1）制得的碳化硅粉末置于行星式球磨機(jī)的球罐內(nèi)，進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間30min-60min；（3）將步驟（2）球磨后的碳化硅粉末置于高溫箱式爐內(nèi)預(yù)熱，溫度為350℃-450℃保溫；（4）將權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的鑄造鋁合金放入坩堝并在電阻爐上加熱至760℃-790℃熔化，在720℃-760℃，向鋁液中加入占復(fù)合材料總質(zhì)量0.4%-0.8%的鋁磷變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理；（5）在750℃-790℃，采用噴粉精煉機(jī)處理鋁合金熔體，加入占復(fù)合材料總質(zhì)量1%-3%的精煉劑，精煉時(shí)間15min-30min；（6）在760℃-780℃，采用鋁液旋轉(zhuǎn)噴吹除氣機(jī)處理熔體，時(shí)間20min-40min；（7）降溫至680℃-700℃保溫，靜置15min-30min；（8）將液態(tài)攪拌裝置吊裝至電阻爐上方，攪拌葉片部位用燃?xì)饣鹧鎳姌岊A(yù)熱至500℃-600℃；（9）鋁液溫度控制在670℃-690℃保溫，將攪拌葉片伸入熔體開(kāi)始攪拌，攪拌速度在700r/min-900r/min；（10）將步驟（3）預(yù)熱好的碳化硅粉末加入自動(dòng)加粉機(jī)內(nèi)，保持勻速進(jìn)料，加粉時(shí)間為15min-30min；（11）加粉完成后，提高攪拌速度達(dá)3000r/min-5000r/min，攪拌時(shí)間5min-15min；（12）升溫至720℃-740℃，通入氬氣除氣，除氣時(shí)間10min-20min，扒渣，靜置10min-15min；（13）將混有碳化硅顆粒的鋁合金液澆注到模具中，凝固后去掉模具，得到碳化硅增強(qiáng)鋁基合金復(fù)合材料。5.如權(quán)利要求4所述的一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述液態(tài)攪拌裝置，包括一個(gè)托盤(pán)，托盤(pán)上方通過(guò)電機(jī)支架安裝有伺服電機(jī)，托盤(pán)上還安裝有多個(gè)吊鉤，托盤(pán)下方連接有多個(gè)連接板，連接板中部之間水平連接有蓋子，連接板底部連接有上下兩端開(kāi)口的筒狀罩子，罩子側(cè)壁上開(kāi)有多個(gè)孔；伺服電機(jī)的傳動(dòng)軸向下穿過(guò)托盤(pán)和蓋子，傳動(dòng)軸位于罩子內(nèi)的部分安裝有多組葉片。6.如權(quán)利要求5所述的一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，葉片自上而下兩兩成對(duì)，每個(gè)葉片截面形狀為直角梯形，其中葉片斜邊角度為45°；成對(duì)的上下兩級(jí)葉片反向相對(duì)裝配，互為鏡像。

7.如權(quán)利要求5或6所述的一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，攪拌葉片共四級(jí)，相鄰葉片上下間距均為200mm，葉片直徑520mm。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供了一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，涉及金屬基復(fù)合材料制備領(lǐng)域。此方法采用將碳化硅顆粒在1100℃保溫4h預(yù)處理，冷卻后進(jìn)行球磨，將基體材料鋁合金在爐內(nèi)加熱至熔化，經(jīng)過(guò)精煉處理、除氣處理后在680℃-700℃加入碳化硅，使用一種新型液態(tài)攪拌裝置復(fù)合攪拌，攪拌完成后升溫至720℃-740℃澆注，得到一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。該方法可有效提高碳化硅顆粒的分布均勻性，得到缺陷少、力學(xué)性能好的碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，且制備方法簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，采用此方法可以有效提高碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備工藝水平，提升規(guī)模化生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本及能耗，在工業(yè)生產(chǎn)中具有實(shí)用價(jià)值。在工業(yè)生產(chǎn)中具有實(shí)用價(jià)值。在工業(yè)生產(chǎn)中具有實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：閆國(guó)慶 林毛古 曹暢 朱文森 支紅旗 柴?？?范濤 劉志剛

受保護(hù)的技術(shù)使用者：山西瑞格金屬新材料有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.12.16

技術(shù)公布日：2022/3/11