權利要求

1.多層鋁基復合材料的真空鑄造方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一，選擇兩種鋁合金材料作為原料； 步驟二，用真空熔煉爐將第一種鋁合金加熱熔化到630-780℃，并通過熔體處理后，澆鑄到模具型腔內，凝固后得到第一層鋁合金； 步驟三，用真空熔煉爐將第二種鋁合金加熱熔化到630-780℃，通過熔體處理后備用；將已凝固的第一層鋁合金保持在模具型腔內，待第一層鋁合金冷卻至100-500℃時，繼續(xù)向原模具中澆鑄第二種鋁合金熔體，凝固后得到雙層鋁基復合材料； 再用真空熔煉爐將第三種鋁合金加熱熔化到630-780℃，通過熔體處理后備用；將已凝固的雙層鋁基復合材料保持在模具型腔內，雙層鋁基復合材料冷卻至100-500℃時，繼續(xù)向原模具中澆鑄第三種鋁合金熔體，凝固后得到三層鋁基復合材料； 依次類推，用真空熔煉爐將第N種鋁合金加熱熔化到630-780℃，通過熔體處理后備用；將已凝固的N-1層鋁基復合材料保持在模具型腔內，N-1層鋁基復合材料冷卻至100-500℃時，繼續(xù)向原模具中澆鑄第N種鋁合金熔體，凝固后得到N層鋁基復合材料。2.根據權利要求1所述的多層鋁基復合材料的真空鑄造方法，其特征在于，所述步驟一、步驟二、步驟三的熔煉澆鑄過程必須是在真空環(huán)境或惰性氣體保護下進行，其中真空度應小于10Pa，惰性氣體為高純氮氣、氬氣、氦氣等； 每一層鋁合金，包括鑄造鋁合金、變形鋁合金及其復合材料。 3.根據權利要求2所述的多層鋁基復合材料的真空鑄造方法，其特征在于，所述步驟一中，兩種鋁合金材料分別為A356-SiCp鋁合金材料和A356鋁合金材料，所述步驟二中，采用真空熔煉爐將A356加熱到750℃熔化，真空度為10Pa，除渣處理后，再冷卻到620℃后，澆入模具型腔內；凝固后得到A356-SiCp/A356雙層鋁基復合材料第一層。 4.根據權利要求3所述的多層鋁基復合材料的真空鑄造方法，其特征在于，所述步驟三中，采用真空熔煉爐將A356加熱到750℃熔化，真空度為10Pa，加入質量分數為20％的SiC顆粒，通過攪拌使SiC顆粒在A356熔體中分散均勻，制備SiCp/A356復合材料熔體；待第一層已澆鑄的A356冷卻到100℃，將SiCp/A356復合材料熔體，澆鑄到第一層上方，待其凝固后得到A356-SiCp/A356雙層鋁基復合材料。 5.根據權利要求4所述的多層鋁基復合材料的真空鑄造方法，其特征在于，所述步驟三中，攪拌包括機械攪拌、電磁攪拌、超聲震動，以使增強體均勻分散到基體鋁合金中。 6.根據權利要求1或4任一項所述的一種多層鋁基復合材料的真空鑄造方法，其特征在于，所述步驟二和步驟三中的澆鑄為自然重力澆鑄成型或壓鑄，所述壓鑄包括如下順序： s1，向模具型腔內噴上潤滑劑后，關閉模具； s2，用熔煉爐將第一種鋁合金加溫熔化后，并通過熔體處理后，轉移到注射室中，通過液壓或者機械壓力將第一種鋁合金注射進模具中；凝固后得到第一層鋁合金； s3，用熔煉爐將第兩種鋁合金加溫熔化后，并通過熔體處理后，轉移到注射室中，待第一層鋁合金冷卻至一定溫度時，通過液壓或者機械壓力將第一種鋁合金注射進模具中；凝固后得到第一層鋁合金； s4，用熔煉爐將第兩種鋁合金加溫熔化后，并通過熔體處理后，轉移到注射室中，待第一層鋁合金冷卻至一定溫度時，通過液壓或者機械壓力將第兩種鋁合金注射進模具中；凝固后得到雙層鋁基復合材料； 用熔煉爐將第三種鋁合金加溫熔化后，并通過熔體處理后，轉移到注射室中，待前面兩層鋁合金冷卻至一定溫度時，通過液壓或者機械壓力將第三種鋁合金注射進模具中；凝固后得到三層鋁基復合材料； 以此類推，用熔煉爐將第N種鋁合金加溫熔化后，并通過熔體處理后，轉移到注射室中，待前面N-1層鋁合金冷卻至一定溫度時，通過液壓或者機械壓力將第N種鋁合金注射進模具中；凝固后得到N層鋁基復合材料； s5，用推桿推出鑄件，并進行打磨。

說明書

多層鋁基復合材料的真空鑄造方法

技術領域

本發(fā)明涉及一種鑄造工藝，具體是一種多層鋁基復合材料的真空鑄造方法。

背景技術

隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的單層鋁合金已經無法滿足先進設備零部件制造的材料要求，而多層鋁基復合材料以其優(yōu)秀的性能，從而受到了企業(yè)和研究人員的廣泛關注，但現(xiàn)在的多層鋁基復合材料的制造工藝還存在改善的空間。

中國發(fā)明專利CN109572091A通過連續(xù)增強體纖維與基體金屬絲交替織布形成混雜纖維布，并與基體金屬箔層疊層獲得預制坯進行真空熱壓的連續(xù)纖維增強金屬基復合材料。但該方法不能直接得到零件、還需要機加工、工業(yè)生產的成本較高等問題。

中國發(fā)明專利CN109334162A通過將難熔的金屬粉末一層一層的疊加起來后，放置在高溫爐中進行燒結，使其液化進行一個熔滲，完成多元層狀一體成型。但該方法存在周期較長、工業(yè)生產成本較高、界面結合強度不夠等問題。

中國發(fā)明專利CN105648249A通過粉末冶金的方法得到鋁合金基體，在通過軋制變形得到得到多層復合材料。但該方法存在周期較長、工業(yè)成本較高、界面結合強度不夠等問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種多層鋁基復合材料的真空鑄造方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種多層鋁基復合材料的真空鑄造方法，包括如下步驟：

步驟一，選擇兩種鋁合金材料作為原料；

步驟二，用真空熔煉爐將第一種鋁合金加熱熔化到630-780℃，并通過熔體處理后，澆鑄到模具型腔內，凝固后得到第一層鋁合金；

步驟三，用真空熔煉爐將第二種鋁合金加熱熔化到630-780℃，通過熔體處理后備用。將已凝固的第一層鋁合金保持在模具型腔內，待第一層鋁合金冷卻至100-500℃時，繼續(xù)向原模具中澆鑄第二種鋁合金熔體，凝固后得到雙層鋁基復合材料；

再用真空熔煉爐將第三種鋁合金加熱熔化到630-780℃，通過熔體處理后備用。將已凝固的雙層鋁基復合材料保持在模具型腔內，雙層鋁基復合材料冷卻至100-500℃時，繼續(xù)向原模具中澆鑄第三種鋁合金熔體，凝固后得到三層鋁基復合材料；

依次類推，用真空熔煉爐將第N種鋁合金加熱熔化到630-780℃，通過熔體處理后備用。將已凝固的N-1層鋁基復合材料保持在模具型腔內，N-1層鋁基復合材料冷卻至100-500℃時，繼續(xù)向原模具中澆鑄第N種鋁合金熔體，凝固后得到N層鋁基復合材料。

本發(fā)明進一步限定的方案：所述步驟一、步驟二、步驟三的熔煉澆鑄過程必須是在真空環(huán)境或惰性氣體保護下進行，其中真空度應小于1OPa，惰性氣體為高純氮氣、氬氣、氦氣等；

每一層鋁合金，包括鑄造鋁合金、變形鋁合金及其復合材料。

本發(fā)明再進一步限定的方案：所述步驟一中，兩種鋁合金材料分別為A356-SiCp鋁合金材料和A356鋁合金材料，所述步驟二中，采用真空熔煉爐將A356加熱到750℃熔化，真空度為1OPa，除渣處理后，再冷卻到620℃后，澆入模具型腔內；凝固后得到A356-SiCp/A356雙層鋁基復合材料第一層。

本發(fā)明再進一步限定的方案：所述步驟三中，采用真空熔煉爐將A356加熱到750℃熔化，真空度為1OPa，加入質量分數為20％的SiC顆粒，通過攪拌使SiC顆粒在A356熔體中分散均勻，制備SiCp/A356復合材料熔體；待第一層已澆鑄的A356冷卻到100℃，將SiCp/A356復合材料熔體，澆鑄到第一層上方，待其凝固后得到A356-SiCp/A356雙層鋁基復合材料。

本發(fā)明再進一步限定的方案：所述步驟三中，攪拌包括機械攪拌、電磁攪拌、超聲震動，以使增強體均勻分散到基體鋁合金中。

本發(fā)明再進一步限定的方案：所述步驟二和步驟三中的澆鑄為自然重力澆鑄成型或壓鑄，所述壓鑄包括如下順序：

s1，向模具型腔內噴上潤滑劑后，關閉模具；

s2，用熔煉爐將第一種鋁合金加溫熔化后，并通過熔體處理后，轉移到注射室中，通過液壓或者機械壓力將第一種鋁合金注射進模具中；凝固后得到第一層鋁合金；

s3，用熔煉爐將第兩種鋁合金加溫熔化后，并通過熔體處理后，轉移到注射室中，待第一層鋁合金冷卻至一定溫度時，通過液壓或者機械壓力將第一種鋁合金注射進模具中；凝固后得到第一層鋁合金；

s4，用熔煉爐將第兩種鋁合金加溫熔化后，并通過熔體處理后，轉移到注射室中，待第一層鋁合金冷卻至一定溫度時，通過液壓或者機械壓力將第兩種鋁合金注射進模具中；凝固后得到雙層鋁基復合材料；

用熔煉爐將第三種鋁合金加溫熔化后，并通過熔體處理后，轉移到注射室中，待前面兩層鋁合金冷卻至一定溫度時，通過液壓或者機械壓力將第三種鋁合金注射進模具中；凝固后得到三層鋁基復合材料；

以此類推，用熔煉爐將第N種鋁合金加溫熔化后，并通過熔體處理后，轉移到注射室中，待前面N-1層鋁合金冷卻至一定溫度時，通過液壓或者機械壓力將第N種鋁合金注射進模具中；凝固后得到N層鋁基復合材料；

s5，用推桿推出鑄件，并進行打磨。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：針對單層材料難以滿足先進機械零部件對于材料綜合性能的需求，需要采取多層鋁基復合材料，但是現(xiàn)存的方法存在著生產流程長、工藝復雜、成本高等缺點，所以本發(fā)明提出一種多層鋁基復合材料真空鑄造方法，本發(fā)明具有生產流程較短、工藝簡單、成本低等優(yōu)點，采用本發(fā)明制備的多層鋁基復合材料界面結合強度高、綜合力學性能好，并且可直接成型形狀復雜的零部件。

相對于粉末冶金制備多層復合材料的制備方法，本方案基于傳統(tǒng)鑄造的方法，擁有制造成本低、制造周期短、界面結合強度較強的優(yōu)點。

本發(fā)明應用范圍廣，適用于鑄造鋁合金、變形鋁合金及其復合材料。

本方案采用了全程在真空中進行操作的方法，避免了鋁合金在鑄造過程中氧化，從而導致鋁基復合材料的力學性能下降。

附圖說明

圖1為為多層鋁基復合材料真空鑄造方法流程的示意圖。

圖2為采用本發(fā)明制備的A356-SiCp/A356雙層鋁基復合材料界面金相圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

另外，本發(fā)明中的元件被稱為“固定于”或“設置于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。

請參閱圖1～圖2，作為本發(fā)明的一種實施例，所述多層鋁基復合材料的真空鑄造方法，包括如下步驟：

步驟一，選擇兩種鋁合金材料作為原料；

步驟二，用真空熔煉爐將第一種鋁合金加熱熔化到630-780℃，并通過熔體處理后，澆鑄到模具型腔內，凝固后得到第一層鋁合金；

步驟三，用真空熔煉爐將第二種鋁合金加熱熔化到630-780℃，通過熔體處理后備用。將已凝固的第一層鋁合金保持在模具型腔內，待第一層鋁合金冷卻至100-500℃時，繼續(xù)向原模具中澆鑄第二種鋁合金熔體，凝固后得到雙層鋁基復合材料；

再用真空熔煉爐將第三種鋁合金加熱熔化到630-780℃，通過熔體處理后備用。將已凝固的雙層鋁基復合材料保持在模具型腔內，雙層鋁基復合材料冷卻至100-500℃時，繼續(xù)向原模具中澆鑄第三種鋁合金熔體，凝固后得到三層鋁基復合材料；

依次類推，用真空熔煉爐將第N種鋁合金加熱熔化到630-780℃，通過熔體處理后備用。將已凝固的N-1層鋁基復合材料保持在模具型腔內，N-1層鋁基復合材料冷卻至100-500℃時，繼續(xù)向原模具中澆鑄第N種鋁合金熔體，凝固后得到N層鋁基復合材料(N≥4)。

該實施例中，本發(fā)明具有生產流程較短、工藝簡單、成本低等優(yōu)點，采用本發(fā)明制備的多層鋁基復合材料界面結合強度高、綜合力學性能好，并且可直接成型形狀復雜的零部件。

作為本發(fā)明的另一種實施例，所述步驟一、步驟二、步驟三的熔煉澆鑄過程必須是在真空環(huán)境或惰性氣體保護下進行，其中真空度應小于10Pa，惰性氣體為高純氮氣、氬氣、氦氣等；

每一層鋁合金，包括但不限于鑄造鋁合金、變形鋁合金及其復合材料。

在該實施例中，惰性氣體，能有效的隔絕金屬在高溫下被空氣中的介質給氧化或發(fā)生其他反應。

作為本發(fā)明的又一種實施例，所述步驟一中，兩種鋁合金材料分別為A356-SiCp鋁合金材料和A356鋁合金材料，所述步驟二中，采用真空熔煉爐將A356加熱到750℃熔化，真空度為10Pa，除渣處理后，再冷卻到620℃后，澆入模具型腔內；凝固后得到A356-SiCp/A356雙層鋁基復合材料第一層。

在該實施例中，相對于粉末冶金制備多層復合材料的制備方法，本方案基于傳統(tǒng)鑄造的方法，擁有制造成本低、制造周期短、界面結合強度較強的優(yōu)點。

作為本發(fā)明的又一種實施例，所述步驟三中，采用真空熔煉爐將A356加熱到750℃熔化，真空度為10Pa，加入質量分數為20％的SiC顆粒，通過攪拌使SiC顆粒在A356熔體中分散均勻，制備SiCp/A356復合材料熔體；待第一層已澆鑄的A356冷卻到100℃，將SiCp/A356復合材料熔體，澆鑄到第一層上方，待其凝固后得到A356-SiCp/A356雙層鋁基復合材料。

在該實施例中，采用本發(fā)明制備的A356-SiCp/A356雙層鋁基復合材料形成了良好的冶金結合界面，如圖2所示，在界面處無明顯氧化物、夾雜、氣孔等缺陷存在。

作為本發(fā)明的又一種實施例，所述步驟三中，攪拌包括機械攪拌、電磁攪拌、超聲震動，以使增強體均勻分散到基體鋁合金中。

在該實施例中，本發(fā)明應用范圍廣，適用于鑄造鋁合金、變形鋁合金及其復合材料；全程在真空中進行操作的方法，避免了鋁合金在鑄造過程中氧化，從而導致鋁基復合材料的力學性能下降。

作為本發(fā)明的又一種實施例，所述步驟二和步驟三中的澆鑄為自然重力澆鑄成型；所述步驟二和步驟三中的澆鑄也可以為壓鑄，包括如下順序：

s1，向模具型腔內噴上潤滑劑后，關閉模具；

s2，用熔煉爐將第一種鋁合金加溫熔化后，并通過熔體處理后，轉移到注射室中，通過液壓或者機械壓力將第一種鋁合金注射進模具中；凝固后得到第一層鋁合金；

s3，用熔煉爐將第兩種鋁合金加溫熔化后，并通過熔體處理后，轉移到注射室中，待第一層鋁合金冷卻至一定溫度時，通過液壓或者機械壓力將第一種鋁合金注射進模具中；凝固后得到第一層鋁合金；

s4，用熔煉爐將第兩種鋁合金加溫熔化后，并通過熔體處理后，轉移到注射室中，待第一層鋁合金冷卻至一定溫度時，通過液壓或者機械壓力將第兩種鋁合金注射進模具中；凝固后得到雙層鋁基復合材料；

用熔煉爐將第三種鋁合金加溫熔化后，并通過熔體處理后，轉移到注射室中，待前面兩層鋁合金冷卻至一定溫度時，通過液壓或者機械壓力將第三種鋁合金注射進模具中；凝固后得到三層鋁基復合材料；

以此類推，用熔煉爐將第N種鋁合金加溫熔化后，并通過熔體處理后，轉移到注射室中，待前面N-1層鋁合金冷卻至一定溫度時，通過液壓或者機械壓力將第N種鋁合金注射進模具中；凝固后得到N層鋁基復合材料；

s5，用推桿推出鑄件，并進行打磨。

對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發(fā)明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。

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