专利名称：：具有层状梯度变化的二元金属基复合材料的制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种具有层状梯度变化的二元金属基复合材料的制备方法。技术背景随着科学技术和现代工业技术的发展，人们对材料性能的要求越来越高。为了更好的发挥各种材料的优势，研究和制备新型的复合材料成了材料科学与工程领域的一个重要分支。梯度复合材料是指材料的组成和结构呈现梯度变化，这种组成和结构的变化可以满足在单一材料器件内部的不同部位实现不同功能的需要，从而优化器件的整体性能。目前制备梯度复合材料的方法有物理气相沉积法(PVD)、共沉降法、粉末冶金法、离心铸造法、轧制复合法等。这些制备技术都一定程度上促进了梯度材料的发展，但又存在一定的局限性。例如，物理气相沉积法可以方便的制备多层物质的沉积膜，但这种方法仅能得到薄的沉积膜，而且沉积速度比较慢；共沉降法是通过控制和调整每种粉末单位时间内沉降量的变化，进而获得组分连续的梯度沉积体，这种方法要求选择合适的分散剂以满足材料的沉降需求，且制备效率较低；轧制复合法是使金属板在轧机强大压力作用下，在两层金属的待复合表面发生塑性变形，使表面金属层破裂产生洁净而活化的金属层在强大压力作用下实现平面状的冶金结合，伹有时需要特大功率的轧机才能满足复合要求。
发明内容本发明的目的是提出一种具有层状梯度变化的二元金属基复合材料的制备方法，该制备方法利用了粉末在载气流(氦气)中加速行为的差异，通过调节不同的喷涂工艺参数，制得的复合材料具有层状结构，且在单层中成分呈连续梯度变化。本发明是一种具有层状梯度变化的二元金属基复合材料的制备方法，包括有下列制备步骤第一步配制原材料利用分级筛筛选A粉体、B粉体，获得A粉体、B粉体具有1040，的粒径差异；然后将A粉体、B粉体进行机械混合均匀后，在5085。C真空干燥箱中干燥30120min后制得原材料；第二步喷涂制层状梯度变化的二元金属基复合材料将第一步获得的原材料放入喷涂设备的送粉器2中，调节喷涂工艺参数,在18~25"C室温下制得具有层状梯度变化的二元金属基复合材料；喷涂工艺参数为喷枪1的工作温度为50250°C，喷枪1的工作压力为0.3OAMi^，喷枪1的移动速度为2550w"，喷枪1的出射口与基板4的距离/2为520wm;送粉器2的送粉量为715g/min。所述A粉体与B粉体的密度之比为1:1.54。本发明制备方法的优点(1)可以一次性制备出具有层状结构分布的复合材料;(2)复合材料的单层(第一复合层7)中的A粉体、B粉体，由于密度和粒度不同，使得A粉先沉积在基板上，B粉成分含量呈连续梯度变化沉积A粉上；(3)喷涂生产工艺操作简单、操作可控，复合材料制备效率高；(4)本发明制备出的层状梯度复合材料的厚度可以通过控制喷涂层数来改变。图l是喷涂工艺示意图。图2是采用本发明方法制得的复合材料的截面结构示意图。图3是具有层状梯度变化的Al—Fe复合材料截面金相照片。图4是具有层状梯度变化的Al—Ti复合材料截面金相照片。图中l.喷枪2.送粉器3.原材料4.基板5.富铝层6.富B材层7.第一复合层具体实施方式下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。请参见图2所示，本发明的具有层状梯度变化的二元金属基复合材料与基板4接触的是富铝层5(即富A材层)，富铝层上是富B材层6，富铝层5与富B材层6组成第一复合层7。本发明是一种具有层状梯度变化的二元金属基复合材料的制备方法，包括有下列制备步骤第一步配制原材料利用分级筛筛选A粉体、B粉体，获得A粉体、B粉体具有1040/i附的粒径差异；然后将A粉体、B粉体进行机械混合均匀后，在5085"真空干燥箱中干燥30120min后制得原材料；第二步喷涂制层状梯度变化的二元金属基复合材料将第一步获得的原材料放入喷涂设备的送粉器2中,调节喷涂工艺参数,在18~25"C室温下制得具有层状梯度变化的二元金属基复合材料；喷涂工艺参数为喷枪1的工作温度为50250°C，喷枪1的工作压力为0.3,喷枪1的移动速度为2550/ww"，喷枪1的出射口与基板4的距离/z为520mm;送粉器2的送粉量为715g/min。在制备本发明的复合材料时，请参见图1所示，根据喷涂层的材料不同将喷涂所需原料放入M^器2中，然后调节喷枪1与翻4的距离A。喷涂所用的载气为氦气。将经上述方法制得的二元金属基复合材料沿截面切割，并对截面进行磨平抛光处理获得光滑截面；然后用混合溶液对光滑截面进行腐蚀，以利于金相观察(光学显微镜)。所述混合溶液是在去离子水中含有体积分数为4%的氢氟酸和2%的硝酸。实施例1:制A1—Fe复合材料第一步配制原材料选取平均粒径为10pm的铝粉(A粉体)，选取平均粒径为40^m的铁粉(B粉体)，铝粉的密度为2.70g/^3，铁粉的密度为7.86g/cm3。然后将铝粉、铁粉进行机械混合均匀后，在85"C真空干燥箱中干燥30min后制得原材料；第二步喷涂制层状梯度变化的Al—Fe复合材料将第一步获得的原材料放入喷涂设备的送粉器2中，调节喷涂工艺参数，在25。C室温下制得具有层状梯度变化的二元金属基复合材料；喷涂工艺参数为喷枪1的工作温度为200°C，喷枪1的工作压力为,喷枪1的移动速度为50mw"，喷枪1的出射口与基板4的距离/;为13mw;送粉器2的送粉量为12g/min。将制得的Al—Fe复合材料沿截面切割，并对截面进行磨平抛光处理获得光滑截面；然后用混合溶液对光滑截面进行腐蚀，以利于金相观察。所述混合溶液是在去离子水中含有体积分数为4%的氢氟酸和2%的硝酸。釆用光学显微镜对腐蚀后的截面进行金相观察，参见图3所示，图中，Al—Fe复合材料呈层状结构分布，并且在单层中材料有明显的富Al层和富Fe层，且这两层之间成分连续过渡。Ti复合材料第一步配制原材料选取平均粒径为20/mz的铝粉(A粉体)，选取平均粒径为60/zm的钛粉(B粉体)，铝粉的密度为2.70g/c:附3,钛粉的密度为4.54g/c^3。然后将铝粉、钛粉进行机械混合均匀后，在5CTC真空干燥箱中干燥120min后制得原材料；第二步喷涂制层状梯度变化的Al-Ti复合材料将第一步获得的原材料放入喷涂设备的送粉器2中，调节喷涂工艺参数，在18"C室温下制得具有层状梯度变化的二元金属基复合材料；喷涂工艺参数为喷枪1的工作温度为IO(TC，喷枪1的工作压力为0.35MP"，喷枪1的移动速度为25mw〃，喷枪1的出射口与基板4的距离/为6mm;送粉器2的送粉量为7g/min。将制得的Al—Ti复合材料沿截面切割，并对截面进行磨平抛光处理获得光滑截面；然后用混合溶液对光滑截面进行腐蚀，以利于金相观察。所述混合溶液是在去离子水中含有体积分数为4%的氢氟酸和2%的硝酸。采用光学显微镜对腐蚀后的截面进行金相观察，参见图4所示，图中，Al—Ti复合材料呈层状结构分布，并且在单层中材料有明显的富Al层和富Ti层，且这两层之间成分连续过渡。采用与实施例1相同的制备方法，用下表所列的不同密度和粒径的粉体制备复合材料，光学显微镜对腐蚀后的截面进行金相观察，复合材料呈层状结构分布，并且在单层中材料有明显的富A材层(富A1层)和富B材层，且这两层之间成分有连续<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1、一种具有层状梯度变化的二元金属基复合材料的制备方法，其特征在于包括有下列制备步骤第一步配制原材料利用分级筛筛选A粉体、B粉体，获得A粉体、B粉体具有10～40μm的粒径差异；然后将A粉体、B粉体进行机械混合均匀后，在50～85℃真空干燥箱中干燥30～120min后制得原材料；第二步喷涂制层状梯度变化的二元金属基复合材料将第一步获得的原材料放入喷涂设备的送粉器(2)中，调节喷涂工艺参数，在18～25℃室温下制得具有层状梯度变化的二元金属基复合材料；喷涂工艺参数为喷枪(1)的工作温度为50～250℃，喷枪(1)的工作压力为0.3～0.8MPa，喷枪(1)的移动速度为25～50mm/s，喷枪(1)的出射口与基板(4)的距离h为5～20mm；送粉器(2)的送粉量为7～15g/min。2、根据权利要求1所述的二元金属基复合材料的制备方法，其特征在于A粉体与B粉体的密度之比为1:1.54,且A粉体为铝粉。3、根据权利要求1所述的二元金属基复合材料的制备方法，其特征在于制得的复合材料中A粉体、B粉体在单层中成分呈连续梯度变化。全文摘要本发明公开了一种具有层状梯度变化的二元金属基复合材料的制备方法，通过调节喷涂工艺参数喷枪(1)的工作温度为50～250℃，喷枪(1)的工作压力为0.3～0.8MPa，喷枪(1)的移动速度为25～50mm/s，喷枪(1)的出射口与基板(4)的距离h为5～20mm；送粉器(2)的送粉量为7～15g/min。采用本发明的制备方法可以一次性制备出具有层状结构分布的复合材料，并且复合材料的单层中的A粉体、B粉体，由于密度和粒度不同，使得A粉先沉积在基板上，B粉成分含量呈连续梯度变化沉积A粉上。文档编号C23C24/00GK101148759SQ200710176550公开日2008年3月26日申请日期2007年10月30日优先权日2007年10月30日发明者涛张,焦立波,刚田,马朝利申请人:北京航空航天大学