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1、10申请公布号CN102009160A43申请公布日20110413CN102009160ACN102009160A21申请号201010584480222申请日20101213B22D19/14200601C22C32/0020060171申请人中国航空工业集团公司北京航空材料研究院地址100095北京市81号信箱72发明人崔岩74专利代理机构中国航空专利中心11008代理人陈宏林54发明名称一种高体份颗粒增强金属基复合材料的近净形制备方法57摘要本发明是一种高体份颗粒增强金属基复合材料的近净形制备方法，其制造步骤如下配料；制造金属材料型芯；对型芯进行表面热喷涂处理；组装模具、对型芯进行定位。
2、；复合材料浸渗制备；将型芯拔出。本发明采用在复合材料中预置可拔出的表面热喷涂金属材料型芯的方式来方便地获得高体份金属基复合材料构件的型腔，从而回避了高体份陶瓷颗粒增强金属基复合材料难加工的技术瓶颈，并且大大降低了高体份颗粒增强金属基复合材料构件的制造成本、提高了产品生产效率。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页CN102009160A1/1页21一种高体份颗粒增强金属基复合材料的近净形制备方法，以铝硅镁铸造铝合金、纯铝、铸造镁合金、2000系变形铝合金、6000系变形铝合金或7000系变形铝合金中的任意一种作为基体材料，以碳化硅颗粒、氧化铝颗粒。
3、、碳化钛颗粒或碳化硼颗粒中的任意一种陶瓷颗粒与基体材料组成高体份颗粒增强金属基复合材料，所述陶瓷颗粒在高体份颗粒增强金属基复合材料中所占的体积份数为4070，其特征在于该方法的步骤是1配料按照所需要的高体份颗粒增强金属基复合材料的配方进行配料，陶瓷颗粒的粒度为1M120M；2制造型芯将铝合金、钛合金或钢材加工成型芯，型芯形状与复合材料构件的型腔结构及型面吻合、外形尺寸比型腔尺寸小，并带有15的拔模斜度；3对型芯进行表面处理在型芯表面采用热喷涂工艺涂覆MGO涂层，涂层厚度约为200600M；4组装模具将经过表面热喷涂处理的型芯固定于石墨模板上预定的位置，然后将安装有型芯的石墨模板放置于石墨坩埚或。
4、耐热钢模具的底部，将陶瓷颗粒倒入并均匀、平整地覆盖和包埋型芯；5复合材料浸渗制备该过程按下述方法之一进行51无压浸渗制备在覆盖和包埋型芯的陶瓷颗粒堆积体的上表面放置基体材料锭块，放入通有氮气气氛的加热设备中加热到800950，保温215小时，冷却到室温后将型芯从复合材料坯料底部拔出，从而获得构件的型腔结构；52压力浸渗制备将上述步骤4完成的组装模具置于加压设备工作台上预热到500750后，将熔化的基体材料熔液浇注到模具中，然后将模具的环境压力增加到2030MPA，保压35MIN，待铸坯完全凝固并冷却后取出，最后将型芯从复合材料坯料底部拔出，从而获得构件的型腔结构。权利要求书CN10200916。
5、0A1/5页3一种高体份颗粒增强金属基复合材料的近净形制备方法技术领域0001本发明是一种高体份颗粒增强金属基复合材料的近净形制备方法，属于金属基复合材料制造技术。背景技术0002高体份40的陶瓷颗粒增强金属基复合材料可同时具有优异的结构承载功能、卓越的热控功能以及独特的防共振功能，以高体份SICP/AL复合材料为例，其比模量可以达到铝合金和钛合金的三倍，热膨胀系数比钛合金还低，热导率则远高于铝合金，平均谐振频率比铝、钛、钢三大金属结构材料高出60以上，这种结构/功能一体化的综合性能优势使得此新型材料在航空航天精密仪器结构件、微电子器件封装元件等领域有着广阔的应用前景。0003高体份陶瓷颗粒增。
6、强金属基复合材料其陶瓷含量较高4070，故加工困难，成本高、工期长，这在很大程度上限制了这种先进材料的推广应用。近净形技术是制造业中一门新兴的先进技术，该技术的核心就是实现材料的制备成型一体化，使材料在制备过程中尽可能地接近于其产品的最终形状和轮廓，最大程度地减少后续加工步骤和加工余量。基于高体份陶瓷颗粒增强金属基复合材料难于加工的特点和近净形技术的独特优势，若能将近净形技术引入高体份陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备，那将无疑会以可接受的成本获得大尺寸、形状复杂的高体份颗粒增强金属基复合材料制件，进而对这种先进材料的推广应用有着重要的意义。国内外的许多学者也都对高体份颗粒增强金属基复合材料的近。
7、净形制备技术进行了研究，但均是采用先粘结制得近净形的粉末预制体后无压浸渗或压力浸渗的方法实现这一目标，粘结剂的加入容易在后续制备的复合材料中留下气孔，并带来导热性差的杂质相，这就为复合材料性能的劣化埋下了伏笔。另外，对大尺寸结构件而言，陶瓷预制体成型十分困难，预烧结时几乎不可避免地会开裂。发明内容0004本发明正是针对上述现有技术中存在的缺点而设计提供了一种高体份颗粒增强金属基复合材料的近净形制备方法，其目的是提供一种无须或较少进行机械加工的高体份颗粒增强金属基复合材料构件型腔的加工方法，解决在高硬度材料上加工盲孔的困难，而且满足高效和低成本的要求。0005本发明的技术解决方案是0006该种高。
8、体份颗粒增强金属基复合材料的近净形制备方法，以铝硅镁铸造铝合金、纯铝、铸造镁合金、2000系变形铝合金、6000系变形铝合金或7000系变形铝合金中的任意一种作为基体材料，以碳化硅颗粒、氧化铝颗粒、碳化钛颗粒或碳化硼颗粒中的任意一种陶瓷颗粒与基体材料组成高体份颗粒增强金属基复合材料，所述陶瓷颗粒在高体份颗粒增强金属基复合材料中所占的体积份数为4070，其特征在于该方法的说明书CN102009160A2/5页4步骤是00071配料0008按照所需要的高体份颗粒增强金属基复合材料的配方进行配料，陶瓷颗粒的粒度为1M120M；00092制造型芯0010将铝合金、钛合金或钢材加工成型芯，型芯形状与复合。
9、材料构件的型腔结构及型面吻合、外形尺寸比型腔尺寸小，并带有15的拔模斜度；00113对型芯进行表面处理0012在型芯表面采用热喷涂工艺涂覆MGO涂层，涂层厚度约为200600M；00134组装模具0014将经过表面热喷涂处理的型芯固定于石墨模板上预定的位置，固定方式可以选择从石墨模板背面用螺钉拧紧，然后将安装有型芯的石墨模板放置于石墨坩埚或耐热钢模具的底部，将陶瓷颗粒倒入并均匀、平整地覆盖和包埋型芯；00155复合材料浸渗制备0016该过程按下述方法之一进行001751无压浸渗制备0018在覆盖和包埋型芯的陶瓷颗粒堆积体的上表面放置基体材料锭块，放入通有氮气气氛的加热设备中加热到800950，。
10、保温215小时，冷却到室温后将型芯从复合材料坯料底部拔出，从而获得构件的型腔结构；001952压力浸渗制备0020将上述步骤4完成的组装模具置于加压设备工作台上预热到500750后，将熔化的基体材料熔液浇注到模具中，然后将模具的环境压力增加到2030MPA，保压35MIN，待铸坯完全凝固并冷却后取出，最后将型芯从复合材料坯料底部拔出，从而获得构件的型腔结构。0021本发明技术方案的优点是通过采用在复合材料中预置可拔出的表面热喷涂金属材料型芯的方式来方便地获得高体份金属基复合材料构件的型腔，从而回避了高体份陶瓷颗粒增强金属基复合材料难加工的技术瓶颈，并且大大降低了高体份颗粒增强金属基复合材料构件。
11、的制造成本、提高了产品生产效率。具体实施方式0022以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述0023实施例10024原材料采用名义粒度为53M的SIC颗粒和ALSIMG系专用基体铝合金锭块，增强体在复合材料中所占的体份为53。用作成型复合材料型腔盲孔的型芯材料为45钢，型芯的外形尺寸为795MM295MM198MM，圆角为R2，拔模斜度为3，表面热喷涂MGO涂层的厚度约为200M。将经过表面热喷涂处理的型芯固定于石墨模板上预定的位置，固定方式是从石墨模板背面用螺钉拧紧，然后将安装有型芯的石墨模板放置于石墨坩埚内侧底部，接下来将SIC颗粒增强体倒入石墨坩埚中均匀、平整地覆盖型芯，从而形成包。
12、埋型芯的SIC颗粒堆积体。将铝合金锭块置于SIC颗粒堆积体上表面，说明书CN102009160A3/5页5将该装置放入通有氮气气氛的设备中加热到860，保温5小时，完成浸渗复合过程后冷却获得复合材料铸坯，而后借助液压机等可施加外力的设备将型芯从复合材料铸坯中拔出，从而获得尺寸约为80MM30MM20MM的构件型腔结构。0025实施例20026原材料采用名义粒度为425M的SIC颗粒和ALSIMG系专用基体铝合金锭块，增强体在复合材料中所占的体份为48。用作成型复合材料型腔盲孔的型芯材料为ALSIMG系专用基体铝合金，型芯的外形尺寸为693MM194MM97MM，圆角为R1，拔模斜度为1，表面热。
13、喷涂MGO涂层的厚度约为300M。将经过表面热喷涂处理的型芯固定于石墨模板上预定的位置，固定方式是从石墨模板背面用螺钉拧紧，然后将安装有型芯的石墨模板放置于石墨坩埚内侧底部，接下来将SIC颗粒增强体倒入石墨坩埚中均匀、平整地覆盖型芯，从而形成包埋型芯的SIC颗粒堆积体。将铝合金锭块置于SIC颗粒堆积体上表面，将该装置放入通有氮气气氛的设备中加热到880，保温3小时，完成浸渗复合过程后冷却获得复合材料铸坯，而后借助液压机等可施加外力的设备将型芯从复合材料铸坯中拔出，从而获得尺寸约为70MM20MM10MM的构件型腔结构。0027实施例30028原材料采用名义粒度为35M的AL2O3颗粒和7075。
14、铝合金锭块，增强体在复合材料中所占的体份为40。用作成型复合材料型腔盲孔的型芯材料为40CR钢，型芯的外形尺寸为689MM689MM494MM，圆角为R3，拔模斜度为5，表面热喷涂MGO涂层的厚度约为500M。将经过表面热喷涂处理的型芯固定于石墨模板上预定的位置，固定方式是从石墨模板背面用螺钉拧紧，然后将安装有型芯的石墨模板放置于石墨坩埚内侧底部，接下来将AL2O3颗粒增强体倒入石墨坩埚中均匀、平整地覆盖型芯，从而形成包埋型芯的AL2O3颗粒堆积体。将铝合金锭块置于AL2O3颗粒堆积体上表面，将该装置放入通有氮气气氛的设备中加热到905，保温12小时，完成浸渗复合过程后冷却获得复合材料铸坯，而。
15、后借助液压机等可施加外力的设备将型芯从复合材料铸坯中拔出，从而获得尺寸约为70MM70MM50MM的构件型腔结构。0029实施例40030原材料采用名义粒度为173M的SIC颗粒和ALSIMG系专用基体铝合金锭块，增强体在复合材料中所占的体份为44。用作成型复合材料型腔盲孔的型芯材料为TC4钛合金，型芯的外形尺寸为991MM791MM595MM，圆角为R3，拔模斜度为4，表面热喷涂MGO涂层的厚度约为400M。将经过表面热喷涂处理的型芯固定于石墨模板上预定的位置，固定方式是从石墨模板背面用螺钉拧紧，然后将安装有型芯的石墨模板放置于石墨坩埚内侧底部，接下来将SIC颗粒增强体倒入石墨坩埚中均匀、平。
16、整地覆盖型芯，从而形成包埋型芯的SIC颗粒堆积体。将铝合金锭块置于SIC颗粒堆积体上表面，将该装置放入通有氮气气氛的设备中加热到900，保温11小时，完成浸渗复合过程后冷却获得复合材料铸坯，而后借助液压机等可施加外力的设备将型芯从复合材料铸坯中拔出，从而获得尺寸约为100MM80MM60MM的构件型腔结构。0031实施例50032原材料采用名义粒度为120M的SIC颗粒和ALSIMG系专用基体铝合金锭说明书CN102009160A4/5页6块，增强体在复合材料中所占的体份为58。用作成型复合材料型腔盲孔的型芯材料为ALSIMG系专用基体铝合金，型芯的外形尺寸为1586MM787MM594MM，。
17、圆角为R3，拔模斜度为3，表面热喷涂MGO涂层的厚度约为600M。将经过表面热喷涂处理的型芯固定于石墨模板上预定的位置，固定方式是从石墨模板背面用螺钉拧紧，然后将安装有型芯的石墨模板放置于石墨坩埚内侧底部，接下来将SIC颗粒增强体倒入石墨坩埚中均匀、平整地覆盖型芯，从而形成包埋型芯的SIC颗粒堆积体。将铝合金锭块置于SIC颗粒堆积体上表面，将该装置放入通有氮气气氛的设备中加热到800，保温10小时，完成浸渗复合过程后冷却获得复合材料铸坯，而后借助液压机等可施加外力的设备将型芯从复合材料铸坯中拔出，从而获得尺寸约为160MM80MM60MM的构件型腔结构。0033实施例60034原材料采用名义粒。
18、度为17M与120M按28的比例混合的SIC颗粒和ALSIMG系专用基体铝合金锭块，增强体在复合材料中所占的体份为70。用作成型复合材料型腔盲孔的型芯材料为ALSIMG系专用基体铝合金，型芯的外形尺寸为1586MM787MM594MM，圆角为R3，拔模斜度为3，表面热喷涂MGO涂层的厚度约为600M。将经过表面热喷涂处理的型芯固定于石墨模板上预定的位置，固定方式是从石墨模板背面用螺钉拧紧，然后将安装有型芯的石墨模板放置于石墨坩埚内侧底部，接下来将SIC颗粒增强体倒入石墨坩埚中均匀、平整地覆盖型芯，从而形成包埋型芯的SIC颗粒堆积体。将铝合金锭块置于SIC颗粒堆积体上表面，将该装置放入通有氮气气。
19、氛的设备中加热到880，保温13小时，完成浸渗复合过程后冷却获得复合材料铸坯，而后借助液压机等可施加外力的设备将型芯从复合材料铸坯中拔出，从而获得尺寸约为160MM80MM60MM的构件型腔结构。0035实施例70036原材料采用名义粒度为53M的SIC颗粒和铸造镁合金锭块，增强体在复合材料中所占的体份为53。用作成型复合材料型腔盲孔的型芯材料为1CR18NI9TI不锈钢，型芯的外形尺寸为787MM787MM594MM，圆角为R3，拔模斜度为3，表面热喷涂MGO涂层的厚度约为600M。将经过表面热喷涂处理的型芯固定于石墨模板上预定的位置，固定方式是从石墨模板背面用螺钉拧紧，然后将安装有型芯的石。
20、墨模板放置于石墨坩埚内侧底部，接下来将SIC颗粒增强体倒入石墨坩埚中均匀、平整地覆盖型芯，从而形成包埋型芯的SIC颗粒堆积体。将镁合金锭块置于SIC颗粒堆积体上表面，将该装置放入通有氮气气氛的设备中加热到800，保温2小时，完成浸渗复合过程后冷却获得复合材料铸坯，而后借助液压机等可施加外力的设备将型芯从复合材料铸坯中拔出，从而获得尺寸约为80MM80MM60MM的构件型腔结构。0037实施例80038原材料采用名义粒度为1M的TIC颗粒和2024铝合金锭块，增强体在复合材料中所占的体份为40。用作成型复合材料型腔盲孔的型芯材料为TC4钛合金，型芯的外形尺寸为787MM787MM594MM，圆角。
21、为R3，拔模斜度为3，表面热喷涂MGO涂层的厚度约为600M。将经过表面热喷涂处理的型芯固定于石墨模板上预定的位置，固定方式是从石墨模板背面用螺钉拧紧，然后将安装有型芯的石墨模板放置于石说明书CN102009160A5/5页7墨坩埚内侧底部，接下来将TIC颗粒增强体倒入石墨坩埚中均匀、平整地覆盖型芯，从而形成包埋型芯的TIC颗粒堆积体。将铝合金锭块置于TIC颗粒堆积体上表面，将该装置放入通有氮气气氛的设备中加热到950，保温15小时，完成浸渗复合过程后冷却获得复合材料铸坯，而后借助液压机等可施加外力的设备将型芯从复合材料铸坯中拔出，从而获得尺寸约为80MM80MM60MM的构件型腔结构。003。
22、9实施例90040原材料采用名义粒度为28M的B4C颗粒和工业纯铝L3，增强体在复合材料中所占的体份为48。用作成型复合材料型腔盲孔的型芯材料为45钢，型芯的外形尺寸为787MM787MM194MM，圆角为R3，拔模斜度为2，表面热喷涂MGO涂层的厚度约为600M。将经过表面热喷涂处理的型芯固定于石墨模板上预定的位置，固定方式是从石墨模板背面用螺钉拧紧，然后将安装有型芯的石墨模板放置于耐热钢模具底部，然后将B4C颗粒装入耐热钢模具并均匀地覆盖型芯，形成B4C颗粒堆积体。将装有包埋着型芯的B4C颗粒堆积体的模具放置于加压设备工作台上预热到500后，将单独熔化好的L3铝液浇到陶瓷颗粒堆积体上表面，。
23、然后将模具的环境压力增加到20MPA，保压5MIN，从而将铝液渗透到B4C颗粒堆积体中，完成浸渗复合过程后冷却获得复合材料铸坯，而后借助液压机等可施加外力的设备将型芯从复合材料铸坯中拔出，从而获得尺寸约为80MM80MM20MM的构件型腔结构。0041实施例100042原材料采用名义粒度为35M的SIC颗粒和6061铝合金，增强体在复合材料中所占的体份为45。用作成型复合材料型腔盲孔的型芯材料为40CR钢材，型芯的外形尺寸为787MM787MM194MM，圆角为R3，拔模斜度为3，表面热喷涂MGO涂层的厚度约为600M。将经过表面热喷涂处理的型芯固定于石墨模板上预定的位置，固定方式是从石墨模板。
24、背面用螺钉拧紧，然后将安装有型芯的石墨模板放置于耐热钢模具底部，然后将SIC颗粒装入耐热钢模具并均匀地覆盖型芯，形成SIC颗粒堆积体。将装有包埋着型芯的SIC颗粒堆积体的模具放置于加压设备工作台上预热到750后，将单独熔化好的6061铝液浇到SIC颗粒堆积体上表面，然后将模具的环境压力增加到30MPA，保压3MIN，从而将铝液渗透到SIC颗粒堆积体中，完成浸渗复合过程后冷却获得复合材料铸坯，而后借助液压机等可施加外力的设备将型芯从复合材料铸坯中拔出，从而获得尺寸约为80MM80MM20MM的构件型腔结构。0043与现有技术相比，本发明采用在复合材料中预置可拔出的表面热喷涂金属材料型芯的方式来方便地获得高体份金属基复合材料构件的型腔，从而回避了高体份陶瓷颗粒增强金属基复合材料难加工的技术瓶颈，并且大大降低了高体份颗粒增强金属基复合材料构件的制造成本、提高了产品生产效率。说明书。