本发明涉及金属材料加工
技术领域：
，特别涉及一种高强度金属复合材料的制备方法及应用。
背景技术：
：金属材料的应用范围极为广泛，其中汽车制造中所用的金属材料非常多，这其中金属材料的强度和抗冲击不够是目前主要解决的一大因素。金属模具在工业上常用，现有技术的模具制造方法是采用数控机床进行加工，要经过下料、锻坯、退火、初加工、精加工、淬火、回火、打磨、修模等十几道工序完成，其中后工序的淬火工艺要求严格，其报废率也较大，制造要一年时间才能够完成，如果在最后的淬火工艺出现问题，如淬火温度控制不好模具硬度达不到要求，或淬裂导致报废，则损失重大。而金属复合材料，可以发挥组成材料各自的优势，实现各组成材料资源的最优配置，节约贵重金属材料，实现单一金属不能满足的性能要求，它既可以替代进口并填补国内空白，又具有广阔应用范围，具有很好的经济效益和社会效益。与普通金属材料比，金属复合材料的冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。虽然金属复合材料解决了一定的技术问题，但复合材料的强度并不能满足所有的应用领域，对于某些对材料强度要求非常高的行业，为了达到使用效果，就必须通过选择稀有金属或高难度复杂工艺来实现材料性能的改进，这就带来了使用成本上的局限性。如何在降低金属复合材料成本的同时，具有高强度等使用特性，是本领域技术人员需要解决的难题。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明提供一种高强度金属复合材料的制备方法，通过特定的生产工艺，辅以适宜原料组合，使得制备而成的高强度金属复合材料硬度高、拉伸强度高、延展性好，同时成本较低，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种高强度金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将铝粉50-60份、钨粉30-36份、硅化铁22-28份、镍合金18-20份、氮化硅12-16份、硫酸钙晶须6-10份混合，放入球磨机中在转速400-500r/min，球料比为1:1下球磨90min；（2）将球磨混合物放入水浴锅中，在温度80-85℃下水浴50-60min；（3）将水浴后的混合物注入三辊混炼机，在500℃条件下搅拌密炼35-45min，随后依次加入硬脂酸正丁酯15-25份、四氟乙烯12-18份、乙酸异丙烯酯8-10份、聚乙二醇6-8份、二丁基羟基甲苯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、热稳定剂2-4份、变性剂2-4份，在350℃条件下继续搅拌密炼20-30min；（4）将经密炼的混合料用双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机螺杆直径为65mm，长径比50：1，停留时间4-6min，压力为20MPa；（5）将经双螺杆挤出机挤出的颗粒料放入模具中，在液压机中以230-260MPa的压力下压制成型，获得生坯；（6）将生坯放入烧结炉中进行烧结，温度为1200℃，烧结压力为4MPa，保温时间为1.5h，冷却后得到成品。优选地，所述热稳定剂选自丙二醇甲醚醋酸酯、1,1-二异丙氧基三甲胺、乙酰磺胺酸钾中的任意一种或几种。优选地，所述变性剂选自对硝基苯酚、鲸蜡烷三甲基溴化铵、六亚甲基四胺中的任意一种或几种。优选地，所述步骤（3）中三辊混炼机的搅拌速度为900-1000r/min。优选地，所述步骤（4）中双螺杆挤出机的温度参数为：一区温度290-300℃，二区温度290-310℃，三区温度295-315℃，四区温度280-300℃，机头温度310℃。本发明的另一个目的是提供上述制备方法在制备含金属成分复合材料中的应用。本发明与现有技术相比，其有益效果为：（1）本发明采用先将铝粉、钨粉、硅化铁、镍合金、氮化硅、硫酸钙晶须混合球磨，然后水浴保温，再经三辊混炼机高温密炼，添加硬脂酸正丁酯、四氟乙烯、乙酸异丙烯酯、聚乙二醇、二丁基羟基甲苯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸、热稳定剂、变性剂后二次密炼，双螺杆挤出造粒，模压成型，高温烧结并经冷却得到成品的制备方法，使得制备而成的高强度金属复合材料硬度高、拉伸强度高、延展性好，同时成本较低，能够满足行业的要求，具有良好的应用前景。（2）本发明的高强度金属复合材料的制备方法所用工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。具体实施方式下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。实施例1（1）将铝粉50份、钨粉30份、硅化铁22份、镍合金18份、氮化硅12份、硫酸钙晶须6份混合，放入球磨机中在转速400r/min，球料比为1:1下球磨90min；（2）将球磨混合物放入水浴锅中，在温度80℃下水浴50min；（3）将水浴后的混合物注入三辊混炼机，在500℃条件下搅拌密炼35min，随后依次加入硬脂酸正丁酯15份、四氟乙烯12份、乙酸异丙烯酯8份、聚乙二醇6份、二丁基羟基甲苯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、对硝基苯酚2份，在350℃条件下继续搅拌密炼20min，两次密炼过程中三辊混炼机的搅拌速度为900r/min；（4）将经密炼的混合料用双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机螺杆直径为65mm，长径比50：1，停留时间4min，压力为20MPa，双螺杆挤出机的温度参数为：一区温度290℃，二区温度290℃，三区温度295℃，四区温度280℃，机头温度310℃；（5）将经双螺杆挤出机挤出的颗粒料放入模具中，在液压机中以230MPa的压力下压制成型，获得生坯；（6）将生坯放入烧结炉中进行烧结，温度为1200℃，烧结压力为4MPa，保温时间为1.5h，冷却后得到成品。实施例2（1）将铝粉55份、钨粉33份、硅化铁25份、镍合金19份、氮化硅14份、硫酸钙晶须8份混合，放入球磨机中在转速450r/min，球料比为1:1下球磨90min；（2）将球磨混合物放入水浴锅中，在温度82℃下水浴55min；（3）将水浴后的混合物注入三辊混炼机，在500℃条件下搅拌密炼40min，随后依次加入硬脂酸正丁酯20份、四氟乙烯15份、乙酸异丙烯酯9份、聚乙二醇7份、二丁基羟基甲苯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、1,1-二异丙氧基三甲胺3份、鲸蜡烷三甲基溴化铵3份，在350℃条件下继续搅拌密炼25min，两次密炼过程中三辊混炼机的搅拌速度为950r/min；（4）将经密炼的混合料用双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机螺杆直径为65mm，长径比50：1，停留时间5min，压力为20MPa，双螺杆挤出机的温度参数为：一区温度295℃，二区温度300℃，三区温度305℃，四区温度290℃，机头温度310℃；（5）将经双螺杆挤出机挤出的颗粒料放入模具中，在液压机中以245MPa的压力下压制成型，获得生坯；（6）将生坯放入烧结炉中进行烧结，温度为1200℃，烧结压力为4MPa，保温时间为1.5h，冷却后得到成品。实施例3（1）将铝粉60份、钨粉36份、硅化铁28份、镍合金20份、氮化硅16份、硫酸钙晶须10份混合，放入球磨机中在转速500r/min，球料比为1:1下球磨90min；（2）将球磨混合物放入水浴锅中，在温度85℃下水浴60min；（3）将水浴后的混合物注入三辊混炼机，在500℃条件下搅拌密炼45min，随后依次加入硬脂酸正丁酯25份、四氟乙烯18份、乙酸异丙烯酯10份、聚乙二醇8份、二丁基羟基甲苯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、乙酰磺胺酸钾4份、六亚甲基四胺4份，在350℃条件下继续搅拌密炼30min，两次密炼过程中三辊混炼机的搅拌速度为1000r/min；（4）将经密炼的混合料用双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机螺杆直径为65mm，长径比50：1，停留时间6min，压力为20MPa，双螺杆挤出机的温度参数为：一区温度300℃，二区温度310℃，三区温度315℃，四区温度300℃，机头温度310℃；（5）将经双螺杆挤出机挤出的颗粒料放入模具中，在液压机中以260MPa的压力下压制成型，获得生坯；（6）将生坯放入烧结炉中进行烧结，温度为1200℃，烧结压力为4MPa，保温时间为1.5h，冷却后得到成品。实施例4（1）将铝粉60份、钨粉30份、硅化铁28份、镍合金18份、氮化硅16份、硫酸钙晶须6份混合，放入球磨机中在转速500r/min，球料比为1:1下球磨90min；（2）将球磨混合物放入水浴锅中，在温度80℃下水浴60min；（3）将水浴后的混合物注入三辊混炼机，在500℃条件下搅拌密炼45min，随后依次加入硬脂酸正丁酯15份、四氟乙烯18份、乙酸异丙烯酯8份、聚乙二醇8份、二丁基羟基甲苯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、鲸蜡烷三甲基溴化铵4份，在350℃条件下继续搅拌密炼20min，两次密炼过程中三辊混炼机的搅拌速度为1000r/min；（4）将经密炼的混合料用双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机螺杆直径为65mm，长径比50：1，停留时间4min，压力为20MPa，双螺杆挤出机的温度参数为：一区温度300℃，二区温度290℃，三区温度315℃，四区温度280℃，机头温度310℃；（5）将经双螺杆挤出机挤出的颗粒料放入模具中，在液压机中以260MPa的压力下压制成型，获得生坯；（6）将生坯放入烧结炉中进行烧结，温度为1200℃，烧结压力为4MPa，保温时间为1.5h，冷却后得到成品。对比例1（1）将铝粉60份、钨粉36份、硅化铁28份、镍合金20份、氮化硅16份、硫酸钙晶须10份混合，放入球磨机中在转速500r/min，球料比为1:1下球磨90min；（2）将球磨混合物放入水浴锅中，在温度70℃下水浴60min；（3）将水浴后的混合物注入三辊混炼机，在600℃条件下搅拌密炼45min，随后依次加入硬脂酸正丁酯25份、四氟乙烯18份、乙酸异丙烯酯10份、聚乙二醇8份、二丁基羟基甲苯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、乙酰磺胺酸钾4份、六亚甲基四胺4份，在350℃条件下继续搅拌密炼60min，两次密炼过程中三辊混炼机的搅拌速度为1200r/min；（4）将经密炼的混合料用双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机螺杆直径为65mm，长径比50：1，停留时间6min，压力为20MPa，双螺杆挤出机的温度参数为：一区温度300℃，二区温度310℃，三区温度315℃，四区温度300℃，机头温度310℃；（5）将经双螺杆挤出机挤出的颗粒料放入模具中，在液压机中以260MPa的压力下压制成型，获得生坯；（6）将生坯放入烧结炉中进行烧结，温度为1200℃，烧结压力为3MPa，保温时间为1.5h，冷却后得到成品。对比例2（1）将铝粉60份、钨粉30份、硅化铁28份、镍合金18份、硫酸钙晶须6份混合，放入球磨机中在转速500r/min，球料比为1:1下球磨90min；（2）将球磨混合物放入水浴锅中，在温度80℃下水浴60min；（3）将水浴后的混合物注入三辊混炼机，在500℃条件下搅拌密炼45min，随后依次加入硬脂酸正丁酯15份、四氟乙烯18份、乙酸异丙烯酯8份、二丁基羟基甲苯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、鲸蜡烷三甲基溴化铵4份，在350℃条件下继续搅拌密炼20min，两次密炼过程中三辊混炼机的搅拌速度为1000r/min；（4）将经密炼的混合料用双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机螺杆直径为65mm，长径比50：1，停留时间4min，压力为20MPa，双螺杆挤出机的温度参数为：一区温度300℃，二区温度290℃，三区温度315℃，四区温度280℃，机头温度310℃；（5）将经双螺杆挤出机挤出的颗粒料放入模具中，在液压机中以260MPa的压力下压制成型，获得生坯；（6）将生坯放入烧结炉中进行烧结，温度为1200℃，烧结压力为4MPa，保温时间为1.5h，冷却后得到成品。将通过实施例1-4和对比例1-2的制备方法制得的高强度金属复合材料依据国家标准或行业标准的方法分别进行表面硬度、拉伸强度、延伸率这几项性能测试，所得的测试结果见表1。表1 表面硬度（HPR）拉伸强度（MPa）延伸率δ5（%）实施例17585011实施例28299015实施例38094014实施例47792012对比例1646309对比例2666108本发明采用先将铝粉、钨粉、硅化铁、镍合金、氮化硅、硫酸钙晶须混合球磨，然后水浴保温，再经三辊混炼机高温密炼，添加硬脂酸正丁酯、四氟乙烯、乙酸异丙烯酯、聚乙二醇、二丁基羟基甲苯、5-氨基-2-乙氧基苯磺酸、DL-2-氨基-4-甲硫基丁酸、热稳定剂、变性剂后二次密炼，双螺杆挤出造粒，模压成型，高温烧结并经冷却得到成品的制备方法，使得制备而成的高强度金属复合材料硬度高、拉伸强度高、延展性好，同时成本较低，能够满足行业的要求，具有良好的应用前景。本发明的高强度金属复合材料的制备方法所用工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页1 2 3