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鋁基復合材料的粉末冶金制備法

    鋁基復合材料是以金屬鋁及其合金為基體，以金屬、非金屬顆粒、晶須或纖維為增強體的非均質混合物，在航空航天、汽車工業等領域得到廣泛的應用。由于采用粉末冶金法可使增強體以任意比例添加到復合材料基體中，增強體也易于在宏觀上形成更均勻的分布，且燒結溫度低，界面反應容易控制；同時，材料的性能和穩定性明顯優于其他方法制備的材料，所以粉末冶金法成為目前制備鋁基復合材料最常用的一種工藝。
　　
　　粉末冶金法制備復合材料的具體工藝包括以下幾個步驟。
　　
　　一．混粉。
　　
　　一般混粉的方式有普通干混、球磨及濕混。在這三種混粉方式中，普通干混及濕混容易出現增強體分布不均勻及大量的團聚、分層等現象

，通常較為常用且有效的是球磨。
　　
　　二．粉末預壓。
　　
　　在混粉結束后，即進行粉末預壓處理。粉末預壓成形方法主要有冷壓和冷等靜壓。相比之下，冷壓是最為經濟、常用的粉末預壓成坯法。在鋁合金粉末預壓后，一般要求預壓坯密度為復合材料密度的７０％～８０％，以利于脫氣階段氣體的逸出。由于鋁粉和增強體容易吸附水蒸氣并氧化，粉末生坯在加熱過程中將釋放大量的水蒸氣、氫氣、二氧化碳和一氧化碳氣體。因此，生坯在熱加工前應經過除氣處理，避免制品中出現氣泡和裂紋；除氣溫度一般應等于或者稍高于隨后的熱壓、熱加工變形和熱處理溫度，以避免壓塊中殘存的水和氣體造成材料中產生氣泡和分層。但是如果溫度過高，鋁合金中其它一些元素可能出現燒損，還會使合金中起強化作用的金屬間化合物聚集、粗化，降低材料的性能。
　　
　　三．固化。
　　
　　在粉末除氣后，對其進行致密化處理，即燒結、熱壓、熱等靜壓及熱擠壓松散的粉末或預壓的粉末。在確保低成本和高生產率的情況下，通過單軸冷擠壓成坯，經過除氣后，以一定速率升至一定的溫度，并按照一定的擠壓比進行熱擠壓，再進行后期的熱處理，得到最終的材料。這種將粉末冶金與后續致密化處理（如擠壓、軋制等）結合起來的粉末成形工藝，使粉末能夠在短時高溫、高壓作用下發生塑性變形，進而實現粉末顆粒間的結合，這種工藝在目前粉末冶金法制備鋁基復合材料的研究中使用較多。與常規的粉末冶金法相比，擠壓過程中粉末顆粒除受到三向壓應力外，沿擠壓方向還承受巨大的剪切力，其表面的氧化膜破碎后進一步增強了相鄰粉末顆粒間的結合強度，組織結構細小均勻且成分偏析少，增強體顆粒無明顯團聚，有利于其在基體中的分布，此外這種方法無需燒結，減少了制備工序，降低了成本。相比高成本的熱等靜壓工藝，粉末熱擠壓工藝綜合優勢更為明顯，可直接得到物理和力學性能優異的材料。