一種高強度金屬複合材料的製備方法及應用與流程
2024-02-17 06:22:15
本發明涉及金屬材料加工
技術領域：
，特別涉及一種高強度金屬複合材料的製備方法及應用。
背景技術：
：金屬材料的應用範圍極為廣泛，其中汽車製造中所用的金屬材料非常多，這其中金屬材料的強度和抗衝擊不夠是目前主要解決的一大因素。金屬模具在工業上常用，現有技術的模具製造方法是採用數控工具機進行加工，要經過下料、鍛坯、退火、初加工、精加工、淬火、回火、打磨、修模等十幾道工序完成，其中後工序的淬火工藝要求嚴格，其報廢率也較大，製造要一年時間才能夠完成，如果在最後的淬火工藝出現問題，如淬火溫度控制不好模具硬度達不到要求，或淬裂導致報廢，則損失重大。而金屬複合材料，可以發揮組成材料各自的優勢，實現各組成材料資源的最優配置，節約貴重金屬材料，實現單一金屬不能滿足的性能要求，它既可以替代進口並填補國內空白，又具有廣闊應用範圍，具有很好的經濟效益和社會效益。與普通金屬材料比，金屬複合材料的衝擊強度、疲勞強度和斷裂韌性顯著提高，並具有特殊的熱膨脹性能。雖然金屬複合材料解決了一定的技術問題，但複合材料的強度並不能滿足所有的應用領域，對於某些對材料強度要求非常高的行業，為了達到使用效果，就必須通過選擇稀有金屬或高難度複雜工藝來實現材料性能的改進，這就帶來了使用成本上的局限性。如何在降低金屬複合材料成本的同時，具有高強度等使用特性，是本領域技術人員需要解決的難題。技術實現要素：為解決上述技術問題，本發明提供一種高強度金屬複合材料的製備方法，通過特定的生產工藝，輔以適宜原料組合，使得製備而成的高強度金屬複合材料硬度高、拉伸強度高、延展性好，同時成本較低，能夠滿足行業的要求，具有較好的應用前景。本發明的目的可以通過以下技術方案實現：一種高強度金屬複合材料的製備方法，包括以下步驟：（1）將鋁粉50-60份、鎢粉30-36份、矽化鐵22-28份、鎳合金18-20份、氮化矽12-16份、硫酸鈣晶須6-10份混合，放入球磨機中在轉速400-500r/min，球料比為1:1下球磨90min；（2）將球磨混合物放入水浴鍋中，在溫度80-85℃下水浴50-60min；（3）將水浴後的混合物注入三輥混煉機，在500℃條件下攪拌密煉35-45min，隨後依次加入硬脂酸正丁酯15-25份、四氟乙烯12-18份、乙酸異丙烯酯8-10份、聚乙二醇6-8份、二丁基羥基甲苯4-6份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸2-4份、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸1-3份、熱穩定劑2-4份、變性劑2-4份，在350℃條件下繼續攪拌密煉20-30min；（4）將經密煉的混合料用雙螺杆擠出機造粒，雙螺杆擠出機螺杆直徑為65mm，長徑比50：1，停留時間4-6min，壓力為20MPa；（5）將經雙螺杆擠出機擠出的顆粒料放入模具中，在液壓機中以230-260MPa的壓力下壓製成型，獲得生坯；（6）將生坯放入燒結爐中進行燒結，溫度為1200℃，燒結壓力為4MPa，保溫時間為1.5h，冷卻後得到成品。優選地，所述熱穩定劑選自丙二醇甲醚醋酸酯、1,1-二異丙氧基三甲胺、乙醯磺胺酸鉀中的任意一種或幾種。優選地，所述變性劑選自對硝基苯酚、鯨蠟烷三甲基溴化銨、六亞甲基四胺中的任意一種或幾種。優選地，所述步驟（3）中三輥混煉機的攪拌速度為900-1000r/min。優選地，所述步驟（4）中雙螺杆擠出機的溫度參數為：一區溫度290-300℃，二區溫度290-310℃，三區溫度295-315℃，四區溫度280-300℃，機頭溫度310℃。本發明的另一個目的是提供上述製備方法在製備含金屬成分複合材料中的應用。本發明與現有技術相比，其有益效果為：（1）本發明採用先將鋁粉、鎢粉、矽化鐵、鎳合金、氮化矽、硫酸鈣晶須混合球磨，然後水浴保溫，再經三輥混煉機高溫密煉，添加硬脂酸正丁酯、四氟乙烯、乙酸異丙烯酯、聚乙二醇、二丁基羥基甲苯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸、熱穩定劑、變性劑後二次密煉，雙螺杆擠出造粒，模壓成型，高溫燒結並經冷卻得到成品的製備方法，使得製備而成的高強度金屬複合材料硬度高、拉伸強度高、延展性好，同時成本較低，能夠滿足行業的要求，具有良好的應用前景。（2）本發明的高強度金屬複合材料的製備方法所用工藝簡單，適於大規模工業化運用，實用性強。具體實施方式下面結合具體實施例對發明的技術方案進行詳細說明。實施例1（1）將鋁粉50份、鎢粉30份、矽化鐵22份、鎳合金18份、氮化矽12份、硫酸鈣晶須6份混合，放入球磨機中在轉速400r/min，球料比為1:1下球磨90min；（2）將球磨混合物放入水浴鍋中，在溫度80℃下水浴50min；（3）將水浴後的混合物注入三輥混煉機，在500℃條件下攪拌密煉35min，隨後依次加入硬脂酸正丁酯15份、四氟乙烯12份、乙酸異丙烯酯8份、聚乙二醇6份、二丁基羥基甲苯4份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸2份、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸1份、丙二醇甲醚醋酸酯2份、對硝基苯酚2份，在350℃條件下繼續攪拌密煉20min，兩次密煉過程中三輥混煉機的攪拌速度為900r/min；（4）將經密煉的混合料用雙螺杆擠出機造粒，雙螺杆擠出機螺杆直徑為65mm，長徑比50：1，停留時間4min，壓力為20MPa，雙螺杆擠出機的溫度參數為：一區溫度290℃，二區溫度290℃，三區溫度295℃，四區溫度280℃，機頭溫度310℃；（5）將經雙螺杆擠出機擠出的顆粒料放入模具中，在液壓機中以230MPa的壓力下壓製成型，獲得生坯；（6）將生坯放入燒結爐中進行燒結，溫度為1200℃，燒結壓力為4MPa，保溫時間為1.5h，冷卻後得到成品。實施例2（1）將鋁粉55份、鎢粉33份、矽化鐵25份、鎳合金19份、氮化矽14份、硫酸鈣晶須8份混合，放入球磨機中在轉速450r/min，球料比為1:1下球磨90min；（2）將球磨混合物放入水浴鍋中，在溫度82℃下水浴55min；（3）將水浴後的混合物注入三輥混煉機，在500℃條件下攪拌密煉40min，隨後依次加入硬脂酸正丁酯20份、四氟乙烯15份、乙酸異丙烯酯9份、聚乙二醇7份、二丁基羥基甲苯5份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸3份、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸2份、1,1-二異丙氧基三甲胺3份、鯨蠟烷三甲基溴化銨3份，在350℃條件下繼續攪拌密煉25min，兩次密煉過程中三輥混煉機的攪拌速度為950r/min；（4）將經密煉的混合料用雙螺杆擠出機造粒，雙螺杆擠出機螺杆直徑為65mm，長徑比50：1，停留時間5min，壓力為20MPa，雙螺杆擠出機的溫度參數為：一區溫度295℃，二區溫度300℃，三區溫度305℃，四區溫度290℃，機頭溫度310℃；（5）將經雙螺杆擠出機擠出的顆粒料放入模具中，在液壓機中以245MPa的壓力下壓製成型，獲得生坯；（6）將生坯放入燒結爐中進行燒結，溫度為1200℃，燒結壓力為4MPa，保溫時間為1.5h，冷卻後得到成品。實施例3（1）將鋁粉60份、鎢粉36份、矽化鐵28份、鎳合金20份、氮化矽16份、硫酸鈣晶須10份混合，放入球磨機中在轉速500r/min，球料比為1:1下球磨90min；（2）將球磨混合物放入水浴鍋中，在溫度85℃下水浴60min；（3）將水浴後的混合物注入三輥混煉機，在500℃條件下攪拌密煉45min，隨後依次加入硬脂酸正丁酯25份、四氟乙烯18份、乙酸異丙烯酯10份、聚乙二醇8份、二丁基羥基甲苯6份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸4份、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸3份、乙醯磺胺酸鉀4份、六亞甲基四胺4份，在350℃條件下繼續攪拌密煉30min，兩次密煉過程中三輥混煉機的攪拌速度為1000r/min；（4）將經密煉的混合料用雙螺杆擠出機造粒，雙螺杆擠出機螺杆直徑為65mm，長徑比50：1，停留時間6min，壓力為20MPa，雙螺杆擠出機的溫度參數為：一區溫度300℃，二區溫度310℃，三區溫度315℃，四區溫度300℃，機頭溫度310℃；（5）將經雙螺杆擠出機擠出的顆粒料放入模具中，在液壓機中以260MPa的壓力下壓製成型，獲得生坯；（6）將生坯放入燒結爐中進行燒結，溫度為1200℃，燒結壓力為4MPa，保溫時間為1.5h，冷卻後得到成品。實施例4（1）將鋁粉60份、鎢粉30份、矽化鐵28份、鎳合金18份、氮化矽16份、硫酸鈣晶須6份混合，放入球磨機中在轉速500r/min，球料比為1:1下球磨90min；（2）將球磨混合物放入水浴鍋中，在溫度80℃下水浴60min；（3）將水浴後的混合物注入三輥混煉機，在500℃條件下攪拌密煉45min，隨後依次加入硬脂酸正丁酯15份、四氟乙烯18份、乙酸異丙烯酯8份、聚乙二醇8份、二丁基羥基甲苯4份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸4份、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸1份、丙二醇甲醚醋酸酯2份、鯨蠟烷三甲基溴化銨4份，在350℃條件下繼續攪拌密煉20min，兩次密煉過程中三輥混煉機的攪拌速度為1000r/min；（4）將經密煉的混合料用雙螺杆擠出機造粒，雙螺杆擠出機螺杆直徑為65mm，長徑比50：1，停留時間4min，壓力為20MPa，雙螺杆擠出機的溫度參數為：一區溫度300℃，二區溫度290℃，三區溫度315℃，四區溫度280℃，機頭溫度310℃；（5）將經雙螺杆擠出機擠出的顆粒料放入模具中，在液壓機中以260MPa的壓力下壓製成型，獲得生坯；（6）將生坯放入燒結爐中進行燒結，溫度為1200℃，燒結壓力為4MPa，保溫時間為1.5h，冷卻後得到成品。對比例1（1）將鋁粉60份、鎢粉36份、矽化鐵28份、鎳合金20份、氮化矽16份、硫酸鈣晶須10份混合，放入球磨機中在轉速500r/min，球料比為1:1下球磨90min；（2）將球磨混合物放入水浴鍋中，在溫度70℃下水浴60min；（3）將水浴後的混合物注入三輥混煉機，在600℃條件下攪拌密煉45min，隨後依次加入硬脂酸正丁酯25份、四氟乙烯18份、乙酸異丙烯酯10份、聚乙二醇8份、二丁基羥基甲苯6份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸4份、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸3份、乙醯磺胺酸鉀4份、六亞甲基四胺4份，在350℃條件下繼續攪拌密煉60min，兩次密煉過程中三輥混煉機的攪拌速度為1200r/min；（4）將經密煉的混合料用雙螺杆擠出機造粒，雙螺杆擠出機螺杆直徑為65mm，長徑比50：1，停留時間6min，壓力為20MPa，雙螺杆擠出機的溫度參數為：一區溫度300℃，二區溫度310℃，三區溫度315℃，四區溫度300℃，機頭溫度310℃；（5）將經雙螺杆擠出機擠出的顆粒料放入模具中，在液壓機中以260MPa的壓力下壓製成型，獲得生坯；（6）將生坯放入燒結爐中進行燒結，溫度為1200℃，燒結壓力為3MPa，保溫時間為1.5h，冷卻後得到成品。對比例2（1）將鋁粉60份、鎢粉30份、矽化鐵28份、鎳合金18份、硫酸鈣晶須6份混合，放入球磨機中在轉速500r/min，球料比為1:1下球磨90min；（2）將球磨混合物放入水浴鍋中，在溫度80℃下水浴60min；（3）將水浴後的混合物注入三輥混煉機，在500℃條件下攪拌密煉45min，隨後依次加入硬脂酸正丁酯15份、四氟乙烯18份、乙酸異丙烯酯8份、二丁基羥基甲苯4份、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸4份、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸1份、丙二醇甲醚醋酸酯2份、鯨蠟烷三甲基溴化銨4份，在350℃條件下繼續攪拌密煉20min，兩次密煉過程中三輥混煉機的攪拌速度為1000r/min；（4）將經密煉的混合料用雙螺杆擠出機造粒，雙螺杆擠出機螺杆直徑為65mm，長徑比50：1，停留時間4min，壓力為20MPa，雙螺杆擠出機的溫度參數為：一區溫度300℃，二區溫度290℃，三區溫度315℃，四區溫度280℃，機頭溫度310℃；（5）將經雙螺杆擠出機擠出的顆粒料放入模具中，在液壓機中以260MPa的壓力下壓製成型，獲得生坯；（6）將生坯放入燒結爐中進行燒結，溫度為1200℃，燒結壓力為4MPa，保溫時間為1.5h，冷卻後得到成品。將通過實施例1-4和對比例1-2的製備方法製得的高強度金屬複合材料依據國家標準或行業標準的方法分別進行表面硬度、拉伸強度、延伸率這幾項性能測試，所得的測試結果見表1。表1 表面硬度（HPR）拉伸強度（MPa）延伸率δ5（%）實施例17585011實施例28299015實施例38094014實施例47792012對比例1646309對比例2666108本發明採用先將鋁粉、鎢粉、矽化鐵、鎳合金、氮化矽、硫酸鈣晶須混合球磨，然後水浴保溫，再經三輥混煉機高溫密煉，添加硬脂酸正丁酯、四氟乙烯、乙酸異丙烯酯、聚乙二醇、二丁基羥基甲苯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸、熱穩定劑、變性劑後二次密煉，雙螺杆擠出造粒，模壓成型，高溫燒結並經冷卻得到成品的製備方法，使得製備而成的高強度金屬複合材料硬度高、拉伸強度高、延展性好，同時成本較低，能夠滿足行業的要求，具有良好的應用前景。本發明的高強度金屬複合材料的製備方法所用工藝簡單，適於大規模工業化運用，實用性強。以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的
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，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。當前第1頁1 2 3