专利名称:一种陶瓷铝合金及其制造方法
本发明属于金属基粒子型复合材料。
在以往的发明中，运用复合铸造法、旋涡法等工艺可以将一些固相粒子加入到铝或铝合金中去。选用的粒子有Eircon〔1〕Illite〔2〕、Al2O3和SiC等。
铝或铝合金中加入了上述Al2O3等硬质粒子后，耐磨性能提高。材料磨损量比不含硬粒子的合金小得多。材料还具有吸振性能。加入Al2O3细粒子。可以提高材料的强度，特别是提高抗拉强度和0.2%屈服强度，还能增强材料的耐热性。
但是这些粒子与铝液的润湿性差，很难加入到铝或铝合金中去。因此，材料的制造工艺复杂，往往要在粒子外包复金属层以改善粒子与铝液间的润湿性。有些材料如Al2O3粒子，价格贵，货源缺，难以普遍采用。
本发明目的在于选用铝矾土粒子作为添加粒子，加入到铝或铝合金中，均匀地分布在基体内，制成陶瓷铝合金。(图1，2)铝矾土是水铝石原矿经高温锻烧，破碎，洗选后的产物。其化学成份为Al2O3、SiO2、TiO2、CaO、MgO、Fe3O4等。其矿相组成复杂，含有刚玉、莫来石、玻璃态物质等，矿相组成因原矿成分变化，锻烧工艺不同而有所区别。
铝矾土粒子与Al2O3粒子的性能相似。铝矾土耐火度高，(大于1700℃)线膨胀系数小，热稳定性好，高温下化学稳定性好，硬度高，可达莫氏硬度6.5～7.0。
因此凡是Al2O3粒子对铝合金基体起的增强作用，采用铝矾土粒子都可以达到或接近达到。
另外，铝矾土有其突出的优点。它与铝液间的润湿性较好，不需要包复金属层，就能直接加入到铝或铝合金中去。这简化了复合材料的制造工艺，大幅度降低材料价格。它的密度小于Al2O3，有利于减轻陶瓷铝合金的密度。Al2O3是一种致密的物质，而铝矾土是一种多孔质材料，这有利于它和基体材料相互渗透，相互作用，从而与基体材料牢固结合起来，扫描电镜照片显示。陶瓷铝合金中的铝矾土粒子周围，有一圈白亮色的铝矾土与基体材料相互作用生成的过渡层(图3)，这有利于铝矾土粒子存留在铝或铝合金基体中。
我国铝矾土蕴藏量大，分布广，来源丰富。河北、河南、贵州、湖南、山东、辽宁和山西均有大型矿藏。目前我国市场上，经粉碎，粒度小于200目的铝矾土制成品，价格约150元/吨。
这种陶瓷铝合金的制造方法是先将铝或铝合金加热至全液态或半固态，剧烈搅拌金属液，造成旋涡。然后向旋涡中心投放铝矾土粒子。铝矾土粒子需先行加热至400～950℃，并保温0.5～2小时左右，以彻底去除所含水份与挥发份。加入的铝矾土粒度从0.1μm～1000μm。粒度小于0.1μm的粒子不容易在基体内均匀分布。粒度大于1000μm，不易浇注出薄壁零件。铝矾土粒子的加入量从0.5～40%(重量)。加入量小于0.5%(重量)，对基体的增强效果不明显，加入量大于40%(重量)金属液流动性变差，难以浇注成型。待加入的铝矾土粒子加入金属液并分布均匀以后，就可在液态或固相组分适于铸造的半固态条件下浇注成型。反复重熔，铝矾粒子不会排出合金基体。
实施例1，在三千瓦电阻炉内放置一石墨坩埚。坩埚中盛放粒度0.1μm～100μm的铝矾土粒子，升温加热至400℃，保温2小时。另在4千瓦电阻炉内，放置一口径110mm，高度150mm的铸铁坩埚。坩埚内盛放Zl108铝锭1800克，升温至700℃。按传统方法精炼，然后使铝液降温至570℃左右，并在此温度下保温。此时搅拌半固态的铝合金液至形成旋涡，并将预热的铝矾土粒子1200克左右迅速且均匀地撒入旋涡中心，待粒子全部混入半固态铝合金液。并均匀分布在基体中以后，即可浇注成型。制得的陶瓷铝合金含铝矾土约40%(重量)。经金相观察。铝矾土与基体结合良好，在基体内分布均匀。金相照片1(200倍)见图1。
实施例2，方法与实施例1相同，但铝矾土粒子的粒度为50μm～1000μm，加入量800克左右。结果与实施例1相同陶瓷铝合金中含铝矾土30%(重量)。浇注成陶瓷铝合金板，尺寸为200×180×15(mm)。实物照片见图2。
实施例3，方法与实施例1相同，但铝矾土加入量为60克左右，预热温度950℃，保温0.5小时，铝合金采用Zl109，加铝矾土时合金液的温度保持在760℃全液态。结果与实施例1相同。陶瓷铝合金中含铝矾土3%(重量)。
实施例4，实施例1～3中得到的锭块重新加热至熔化，铝矾土粒子仍均匀地分布在合金基体中，不上浮，也不下沉。
实施例5，实施例4中已重熔过的锭块，再次加热熔化，结果同实施例4。
本发明可以用来制作活塞、缸套等摩擦副，制动器及其它耐磨零件。还可用于涡轮发动机压缩机的叶片，热交换器，汽缸盖等耐热部件。还可制成防弹板，屏蔽材料等军事工业用材。也可作为填充材料降低铝装饰件的制造成本。
图1，是本发明实施例1中制得的陶瓷铝合金的金相照片(200倍)图中1是铝矾土粒子，2是铝合金基体。
图2，是本发明实施例2中制得的陶瓷铝合金板的实物照片。
图3，是陶瓷铝合金的扫描电镜照片(2500倍)，铝合金基体。
参考文献〔1〕Metall Trans B V14B June 1983 273〔2〕J Mater Sci Apr 1981 16(4) 98权利要求
1.一种陶瓷铝合金。其特征在于在铝或铝合金中直接加入没有包复金属层的铝矾土粒子。且铝矾土粒子在基体中均匀分布。
2.按照权利要求
1所述的陶瓷铝合金，其特征在于在铝或铝合金中加入的铝矾土粒子，粒度从0.1μm至1000μm，加入量在0.5～40%(重量)范围内。
3.按照权利要求
1或2所述的陶瓷铝合金，其特征在于它在液态或固相组分适合于铸造的半固态条件下浇注成形，并可以反复重熔。
专利摘要
一种陶瓷铝合金及其制造方法。本发明属于金属基粒子型复合材料。在以往发明的铝基复合材料中加入的硬质粒子有Al本发明制造工艺简单，制造成本低廉，可以用作活塞、缸套等摩擦副，用于涡轮发动机的压缩机叶片，热交换器等耐热零件，用作防弹板，屏蔽材料，也可降低装饰件的制造成本。
文档编号C22C32/00GK85100575SQ85100575
公开日1986年1月10日 申请日期1985年4月1日
发明者杨静煜, 朱明光 申请人:南京工学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan