一種添加聚四氟乙烯改善攪拌摩擦加工制備復(fù)合材料均勻性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦加工原位合成金屬間化合物增強金屬基復(fù)合材料的方法，具體涉及一種添加聚四氟乙烯粉末改善FSP制備復(fù)合材料均勻性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天航空、電子及先進武器系統(tǒng)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)單一的結(jié)構(gòu)材料日益難以滿足輕質(zhì)、高強、高耐磨的需求，材料的復(fù)合化成為材料發(fā)展的一個重要方向。金屬基復(fù)合材料因其具有高比強度、高比模量，優(yōu)異的耐磨損性能、尺寸穩(wěn)定性等一系列特點而受到研究者的廣泛關(guān)注。攪拌摩擦加工技術(shù)由于能解決機械合金化產(chǎn)物受污染和傳統(tǒng)復(fù)合材料制備工藝中增強體潤濕性差等問題，是合成金屬間化合物復(fù)合材料的理想制備技術(shù)。
[0003]目前國內(nèi)外有許多學(xué)者針對攪拌摩擦加工合成復(fù)合材料進行了試驗研究。研究表明，純合金粉末攪拌摩擦加工制備復(fù)合材料會出現(xiàn)明顯的不均勻性。如Ke L.M.，HuangC.P., Xing L等人在《Journal of Alloys and Compounds》(2010年，第503卷，第494-499頁)發(fā)表的 “Al - Ni intermetallic composites produced in situ by frict1n stirprocessing”，從該論文中發(fā)現(xiàn)純合金粉末攪拌摩擦加工合成復(fù)合材料會出現(xiàn)難以避免的材料不均勻性，主要表現(xiàn)為粉末團聚現(xiàn)象。這種不均勻性還會導(dǎo)致金屬間化合物的生成量減少、進而嚴重影響到復(fù)合材料的高強、高耐磨性能。
[0004]目前，針對如何改善拌摩擦加工原位合成復(fù)合材料過程中的不均勻性的研究主要集中在原有材料以及工具的改善，如申請?zhí)枮?013102470543，發(fā)明名稱為《一種攪拌摩擦加工制備金屬基復(fù)合材料的攪拌頭》的中國專利設(shè)計和申請?zhí)枮?012100879058，發(fā)明名稱為《中空變徑多孔摩擦頭及金屬材料表面復(fù)合材料的制備方法》的中國專利設(shè)計都是通過改變攪拌頭的設(shè)計來改善復(fù)合材料的不均勻性，而并沒有通過添加PTFE粉末改善FSP制備復(fù)合材料均勻性的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對純合金粉末攪拌摩擦加工原位合成金屬間化合物增強金屬基復(fù)合材料技術(shù)難以解決的不均勻性問題，提供一種添加聚四氟乙烯(PTFE)改善攪拌摩擦加工(FSP)制備復(fù)合材料均勻性的方法。
[0006]本發(fā)明采用技術(shù)方案如下；一種添加聚四氟乙烯改善攪拌摩擦加工制備復(fù)合材料均勻性的方法，能夠改善攪拌摩擦加工原位合成復(fù)合材料的不均勻性，通過以下步驟實現(xiàn):
(1)取一定比例的PTFE粉末和M合金粉末，采用機械攪拌的方法均勻混合，然后保存；在基體板材中間打盲孔，盲孔的直徑為D，間隔為L，深度H ;
(2)將混合均勻的粉末填入準(zhǔn)備好的基體板材中并且壓實；
(3)對基體板材上的粉末填充區(qū)域進行攪拌摩擦加工，在攪拌頭摩擦產(chǎn)熱以及攪拌針的旋轉(zhuǎn)攪拌作用下，PTFE促進M合金粉末與Al充分反應(yīng)形成Al-M金屬間化合物并且均勻分布與基體上，最終得到均勻的金屬間化合物增強金屬基復(fù)合材料。
[0007]本發(fā)明所述步驟(I)中PTFE的含量為PTFE+M總質(zhì)量的O?9%，盲孔的直徑D為3?6mm，盲孔間隔L為4?6mm，深度H小于板的厚度。
[0008]本發(fā)明所述步驟(3)中攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度為750r/min?1500 r/min，焊接速度為30mm/min?90mm/min，攪拌頭的傾角為O?2°，攪拌摩擦加工次數(shù)為I?5次。
[0009]本發(fā)明所述步驟當(dāng)中PTFE的添加可以增加金屬間化合物的形成量。
[0010]本發(fā)明所述步驟當(dāng)中合金粉末M能與基體金屬反應(yīng)形成金屬間化合物增強相的合金，如N1、T1、Fe、Cu中的一種或幾種。
[0011]本發(fā)明所述步驟當(dāng)中基體板材可為純鋁板、鋁合金板及其他金屬板材。
[0012]本發(fā)明所述復(fù)合材料增強體為原位自生金屬間化合物，如AIM、Al具、Al5M2、Al3M等金屬間化合物中的一種或幾種。
[0013]本發(fā)明所述步驟當(dāng)中合金粉末M為不規(guī)則外形粉末和球形粉末。
[0014]本發(fā)明所述步驟當(dāng)中合金粉末的添加方式不限于在基體板材上打盲孔添加粉末，還可為在基體板材上開槽添加粉末。
[0015]本發(fā)明所述步驟當(dāng)中PTFE的添加也可適用于其他原位合成金屬間化合物增強復(fù)合材料的制備方法，如機械合金化制備復(fù)合材料。
[0016]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:(I)本發(fā)明解決了純合金粉末攪拌摩擦加工原位合成復(fù)合材料過程中出現(xiàn)的團聚現(xiàn)象，通過添加PTFE使得金屬間化合物增強相在基體中均勻分布；
(2)通過添加PTFE促進了 Al-Ni金屬間化合物的反應(yīng)，從而增加了金屬間化合物的形成量。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的攪拌摩擦加工示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的純鎳粉的SEM圖。
[0019]圖3是本發(fā)明的經(jīng)過機械攪拌混合均勻的PTFE+Ni混合粉末的SEM圖。
[0020]圖4是本發(fā)明的純Ni粉末攪拌摩擦加工合成復(fù)合材料的組織微觀圖。
[0021]圖5本發(fā)明通過添加3%聚四氟乙烯(PTFE)粉末制備的復(fù)合材料的組織微觀圖。
[0022]圖6本發(fā)明通過添加6%聚四氟乙烯(PTFE)粉末制備的復(fù)合材料的組織微觀圖。
[0023]圖7本發(fā)明通過添加9%聚四氟乙烯(PTFE)粉末制備的復(fù)合材料的組織微觀圖。
[0024]圖8是本發(fā)明的添加純Ni粉、PTFE質(zhì)量比為3%、6%、9%的混合粉末攪拌摩擦加工合成復(fù)合材料的XRD對比圖。
【具體實施方式】
[0025]如圖1所示，本發(fā)明是這樣來工作和實施的，一種添加聚四氟乙烯改善攪拌摩擦加工制備復(fù)合材料均勻性的方法，本實施方式是通過以下步驟實現(xiàn)的:
步驟一:取一定比例的PTFE粉末和Ni粉末，采用機械攪拌的方法均勻混合，然后密封保存；在基體純鋁板中間打盲孔，盲孔的直徑為D，間隔為L，深度H (小于板的厚度)；PTFE的含量為PTFE+Ni總質(zhì)量的O?9%，孔的直徑為3?6mm，孔間隔為4?6mm。
[0026]步驟二:將混合均勻的粉末填入準(zhǔn)備好的基體純鋁板中并且壓實； 步驟三:對基體純鋁板上的粉末填充區(qū)域進行攪拌摩擦加工。攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度為750r/min?1500 r/min，焊接速度為30mm/miη?90mm/min，攬摔頭的