专利名称：一种局部增强的金属基复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种局部增强金属基复合材料的制备方法，特别涉及一种挤压铸造局部增强的金属基复合材料的制备方法。
背景技术：
金属基复合材料是以金属材料作为基体材料，以高强度的第二相材料作为增强相而制成的复合材料。目前挤压铸造法是实现金属基复合材料的方法之一，此方法所获得的铸件内部致密、机械性能优良，挤压铸造通常没有浇冒口，毛坯精化，铸件尺寸精度高，材料的利用率高，因而具有良好的发展前景。目前此技术在有色金属上的应用已取得了显著的效果。然而，对于高熔点金属，比如铜、钢铁、镍基高温合金等，由于熔点比有色金属高很多， 而且挤压铸造模具中冷却速度快，流动性差，使模具的工作条件十分恶劣，寿命较低，同时操作困难，工艺窗口窄，所以极大限制了这些金属挤压铸造的开展。
发明内容
为解决用挤压铸造法制造高温金属基复合材料时，因金属液冷却速度快，流动性差，以致于不能充分和足够深地浸渗入增强相中，导致复合层不够厚，且模具寿命低，操作困难等关键性问题，本发明提供一种局部增强的金属基复合材料的制备方法。本发明通过下列技术方案实现一种局部增强的金属基复合材料的制备方法，包括下列各步骤
A.制备带有绝热层的模具，并预热到100 500°C备用；
B.将增强相预制坯预热到200 1200°C置于步骤A所得带有绝热层的模具中；
C.将金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在1 200MI^下， 使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。所述步骤A中制备带有绝热层的模具是通过将粒度大于50目的陶瓷颗粒和粘结剂按质量比为2 5 1混合均勻后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为1 20mm的致密陶瓷层，得到带有绝热层的模具。所述陶瓷颗粒为二氧化硅、刚玉和/或锆英砂陶瓷颗粒。所述粘结剂为市购水玻璃、硅溶胶、硅酸乙酯水解液或磷酸铝。所述步骤B中的增强相预制坯为陶瓷颗粒、金属颗粒和/或纤维。其中，陶瓷颗粒为碳化钨、氧化铝、碳化硅或碳化钛；金属颗粒为镍、铁、铜；纤维为碳化硅纤维、氧化铝纤维。所述步骤B中的增强相预制坯的厚度为2 25mm。本发明具有以下有益效果和优点
1、致密的陶瓷涂层可以达到精密铸造的等级，具有足够的强度，且厚度可根据实际需求而改变；
2、以改变陶瓷层的预热温度，来控制基体金属的流动性；3、在保证增强相的相变点不改变的情况下，可适当提高预热温度以提高浸渗效果；
4、利用致密陶瓷层的绝热能力，可减缓金属熔体的温度和冷却速度；
5、本发明解决了高熔点金属挤压铸造时模具寿命短的问题，且制备方法简单，容易操作，用常规的挤压铸造设备即可实现，适合工业化生产。
图1是实施例1所得碳化钨颗粒局部增强的灰铸铁基复合材料的金相组织图； 图2是实施例2所得氧化铝颗粒局部增强的钢基复合材料的金相组织图。
具体实施例方式下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实例并不限制本发明的保护范围。实施例1
A.通过将粒度为270目、粒度为140目、粒度为70目的二氧化硅陶瓷颗粒和粒度为 150目的锆英砂陶瓷颗粒混合，并和硅溶胶按质量比为4 1混合均勻后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为15mm的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具， 并预热到400°C备用；
B.将粒径为80目的碳化钨颗粒作为增强相预制坯预热到480°C置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为25mm ；
C.将灰铸铁金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在200MPa 下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。实施例2
A.通过将粒度为270目、粒度为140目的二氧化硅陶瓷颗粒和粒度为MO目、粒度为 180目的刚玉陶瓷颗粒混合，并和水玻璃按质量比为2 1混合均勻后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为20mm的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具，并预热到300°C备用；
B.将粒径为80目的氧化铝颗粒作为增强相预制坯预热到1200°C置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为IOmm ；
C.将钢熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在SOMPa下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。实施例3
A.通过将粒度为MO目、粒度为180目的刚玉陶瓷颗粒和粒度为150目、粒度为80目的锆英砂陶瓷颗粒混合，并和硅酸乙酯水解液按质量比为5 1混合均勻后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为IOmm的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具，并预热到250°C备用；
B.将碳化钛作为增强相预制坯预热到600°C置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为20mm ；
C.将钢金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在150MI^下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。
实施例4
A.通过将通过将粒度为270目、粒度为140目的二氧化硅陶瓷颗粒和粒度为MO目、 粒度为180目的刚玉陶瓷颗粒和混合和粒度为150目的锆英砂陶瓷颗粒混合，并和磷酸铝按质量比为3 1混合均勻后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为8mm 的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具，并预热到200°C备用；
B.将碳化硅作为增强相预制坯预热到700°C置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为15mm ；
C.将灰铸铁金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在IOOMPa 下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。实施例5
A.通过将粒度为270目、粒度为140目的二氧化硅陶瓷颗粒和粒度为MO目、粒度为 180目的刚玉陶瓷颗粒混合，并和水玻璃按质量比为2 1混合均勻后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为Imm的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具，并预热到500°C备用；
B.将金属颗粒铁和碳化硅纤维作为增强相预制坯预热到800°C置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为8mm ；
C.将灰铸铁金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在20MI^下， 使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。实施例6
A.通过将粒度为270目、粒度为140目、粒度为70目的二氧化硅陶瓷颗粒混合，并和硅溶胶按质量比为4 1混合均勻后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为6mm的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具，并预热到100°C备用；
B.将金属颗粒镍和氧化铝纤维作为增强相预制坯预热到900°C置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为2mm ；
C.将镍金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在IMI^a下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。实施例7
A.通过将粒度为270目、粒度为140目的二氧化硅陶瓷颗粒和粒度为MO目、粒度为 180目的刚玉陶瓷颗粒混合，并和水玻璃按质量比为2 1混合均勻后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为5mm的致密陶瓷层，制备得到带有绝热层的模具，并预热到350°C备用；
B.将金属颗粒铜和碳化硅纤维作为增强相预制坯预热到200°C置于步骤A所得带有绝热层的模具中，增强相预制坯的厚度为6mm ；
C.将铜金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在IOMI^a下，使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。
权利要求
1.一种局部增强的金属基复合材料的制备方法，其特征在于包括下列各步骤A.制备带有绝热层的模具，并预热到100 500°C备用；B.将增强相预制坯预热到200 1200°C置于步骤A所得带有绝热层的模具中；C.将金属熔体浇注到步骤B所得模具中，再以常规挤压铸造的方法在1 200MI^下， 使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤A中制备带有绝热层的模具是通过将粒度大于50目的陶瓷颗粒和粘结剂按质量比为2 5 1混合均勻后，再将混合物附着在金属模具内表面，固化后形成厚度为1 20mm的致密陶瓷层，得到带有绝热层的模具。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述陶瓷颗粒为二氧化硅、刚玉和/ 或锆英砂陶瓷颗粒。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述粘结剂为市购水玻璃、硅溶胶、 硅酸乙酯水解液或磷酸铝。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤B中的增强相预制坯为陶瓷颗粒、金属颗粒和/或纤维。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于陶瓷颗粒为碳化钨、氧化铝、碳化硅或碳化钛。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于金属颗粒为镍、铁、铜。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于纤维为碳化硅纤维、氧化铝纤维。
9.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于所述步骤B中的增强相预制坯的厚度为2 25mm。
全文摘要
本发明提供一种局部增强的金属基复合材料的制备方法，通过制备带有绝热层的模具，并预热到一定温度备用；再将增强相预制坯预热到一定温度置于带有绝热层的模具中；将金属熔体浇注到模具中，再以常规挤压铸造的方法使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。本发明解决了高熔点金属挤压铸造时模具寿命短等问题，具有工艺简单、模具材料要求低、寿命长等优点。
文档编号C22C49/14GK102416462SQ20111038025
公开日2012年4月18日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者卢德宏, 周荣, 蒋业华, 贺小刚 申请人:昆明理工大学