使用气体喷雾方法生产金属复合粉末的生产方法以及用于金属复合粉末生产的生产设备

摘要

本发明涉及使用气体喷雾方法生产金属复合粉末的生产方法和生产设备，更具体而言，本发明涉及一种使用气体喷雾方法生产金属复合粉末的生产方法，所述方法包括如下步骤：向腔室中引入基质相；向所述腔室中提供增强相；通过将所引入的基质相熔融形成熔融物；向所述熔融物中加入所述增强相；通过对加入了增强相的熔融物进行搅拌形成熔融混合物；通过将气体和所述熔融混合物一起进行喷雾形成包含所述增强相的金属复合粉末；回收所形成的金属复合粉末。本发明还涉及一种使用气体喷雾方法生产金属复合粉末的生产设备，所述设备包括：在其内部设置有熔埚的上腔室，在所述熔埚中引入基质相并进行熔融；进料装置，所述进料装置设置在所述腔室内部的所述熔埚的上方，以使所述增强相选择性地被引入到所述熔埚中；搅拌装置，所述搅拌装置用于搅拌通过对所述熔埚的内部进行加热所形成的熔融物和通过所述进料设备引入的增强相；喷雾嘴，所述喷雾嘴用于通过将气体和熔融混合物一起进行喷雾来生产粉末，所述熔融混合物通过使用所述搅拌设备对所述熔融物和所述增强相进行搅拌而形成；以及下腔室，所述下腔室构成通过所述喷雾嘴生产的金属复合粉末的回收区。本发明还涉及一种使用气体喷雾方法生产金属复合粉末的方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，通过加热以使包含增强相的铝锭块或Al-Si基合金熔融，然后加入金属锭块、合金锭块或铝-增强相粉末并搅拌来生产熔融物；或者，在使铝-增强相粉末经受铝箔化后，在铝母材的底部端装料并进行加热和搅拌来生产熔融物；以及，步骤2，通过将气体和步骤1中生产的所述熔融物进行喷雾来生产金属复合粉末。

说明书

技术领域

本申请涉及使用气体喷雾方法生产金属复合粉末的生产方法和用于 金属复合粉末生产的生产设备。

背景技术

通常，碾磨固体金属的碾磨法、经由化学处理（如沉淀）的湿法、 通过在熔融金属后使用喷雾嘴将熔融金属进行喷雾的喷雾方法被用作制 备金属粉末的方法。

在前述方法中，根据其中使用的冷却介质，可将所述喷雾方法分类 为使用液体如水的水喷雾和使用气体的气体喷雾。

由一般的气体喷雾制备金属粉末的方法通常是通过在室温下注入非 活性气体如氩气或氮气，同时使熔融金属流过喷雾嘴来制备金属粉末。 所制备的金属粉末的平均粒子尺寸为约100μm。

根据熔点，可将金属分类为低熔点金属（如锌（Zn）、铝（Al）或锡 （Sn））、高熔点金属（如不锈钢、铜（Cu）、铁（Fe）、镍（Ni）或钴（Co）） 和多组分合金。

同时，被分类为如上所述的各类金属材料包含增强相，使得其性能 得以改进。通常，在大体上引入所述增强相后，通过熔融铸造方法制备 含有这类增强相的金属材料。

然而，就通过前述熔融铸造方法制备的金属材料而言，所制备产物 的近净成形加工（near net-shape processing）很困难，因为增强相可沿界 面分离，增加了单独的熔融混合加工（其中，将基质相（即低熔点材料） 和增强相（即高熔点材料）混合在一起）。

此外，由于当将增强相和基质相混合时，所述增强相发生团聚 （agglomeration），在通过包括前述混合加工在内的熔融铸造制备的金属 材料中发生增强相的非均匀分布。因此，在如下方面受到限制：难以控 制增强相的量、尺寸、形状和分布，并且也难以控制含有所述增强相的 金属材料的尺寸。

发明内容

本发明的实施方式在于提供使用气体喷雾制备金属复合粉末的方 法。

本发明的实施方式还在于提供使用气体喷雾制备金属复合粉末的设 备。

根据本发明的一个方面，提供了一种使用气体喷雾制备金属复合粉 末的方法，所述方法包括：向腔室中引入基质相；使增强相包含于所述 腔室中；将所引入的基质相熔融以形成熔融物；向所述熔融物中加入所 述增强相；搅拌所述熔融物和所加入的增强相以形成熔融混合物；将所 述熔融混合物和气体一起喷雾以形成含有所述增强相的金属复合粉末； 以及收集所形成的金属复合粉末。

根据本发明的另一方面，提供了一种使用气体喷雾制备金属复合粉 末的设备，所述设备包括：包含熔埚的上腔室，在所述熔埚中引入基质 相并进行熔融；进料装置，所述进料装置包含在所述上腔室中的熔埚上 侧，所述进料装置能够向所述熔埚中选择性地引入增强相；搅拌装置， 所述搅拌装置用于搅拌通过所述进料装置引入所述熔埚的增强相和在所 述熔埚中通过加热形成的熔融物；喷雾嘴，所述喷雾嘴用于通过将熔融 混合物和气体一起喷雾来生成金属复合粉末，所述熔融混合物通过搅拌 装置对所述增强相和所述熔融物进行搅拌来形成；以及下腔室，所述下 腔室是通过喷雾嘴生成的金属复合粉末的收集空间。

根据本发明的另一方面，提供了一种使用气体喷雾制备金属复合粉 末的方法，所述方法包括：在通过加热将包含增强相的铝锭块或铝硅 （Al-Si）基合金熔融后，通过加入金属锭块、合金锭块或铝-增强相粉末 并搅拌来制备熔融物；或者，在使铝-增强相粉末经受铝箔化（subjected to  Al-foiling）后，将所述铝-增强相粉末装料在铝母材的底部，通过对所述 铝母材进行加热和搅拌来制备熔融物（步骤1）；以及，将所述步骤1中 制备的熔融物和气体一起喷雾以制备金属复合粉末（步骤2）。

如本发明所述，可大量生产用于粉末冶金学的包含性能控制增强相 的金属复合粉末。

可通过使用由此生产的金属复合粉末进行粉末冶金加工来生产具有 改进的机械性能的产品。

附图说明

图1为示出了使用如本发明所述的气体喷雾制备金属复合粉末的装 置的示意图；

图2为示出了使用如本发明所述的气体喷雾制备金属复合粉末的方 法的流程图；

图3为示出根据本发明的制备方法制备的金属复合粉末的晶体结构 的剖视图；

图4为显示出通过本发明的制备方法制备的含有碳化硅（SiC）的铝 （Al）复合粉末的微结构和所述微结构的放大部分的显微照片；

图5显示出在通过本发明的制备方法制备的含有碳化硅（SiC）的铝 （Al）复合粉末上进行的电子探针微量分析（EPMA）的结果；

图6为显示出在通过本发明的制备方法制备的含有碳化硅（SiC）的 铝（Al）复合粉末上进行的X射线衍射分析的结果图；

图7为如本发明所述的机械碾磨的流程图（（A）：原材料（a：Al，b： 增强相）；（B）：机械活化（c：由于连续的冷压焊和碎化，所述增强相在 Al中均匀分布）；）；（C）：最终材料（（d）板状的铝-增强相粉末颗粒和（e） 球状的铝-增强相粉末颗粒，其中所述增强相在铝中均匀分布））；

图8为示出引入如本发明所述的铝-增强相粉末的方法的示意图；

图9为通过如本发明所述的机械活化方法制备的Al粉末、TiC粉末 和Al-TiC粉末的扫描电子显微照片（（a）：Al；（b）：TiC；（c）：Al-TiC）；

图10为显示出含有2wt%TiC粉末的Al合金锭块的照片；

图11为（a）铝合金锭块的扫描电子显微照片和（b）显示出来自能 量色散X射线光谱（EDS）的点分析的结果图；

图12为显示出Al合金锭块上的EDS映射分析（mapping analysis） 结果的照片；

图13为显示出如本发明所述的金属复合粉末的组分的场致发射扫描 电子显微镜（SEM）分析的结果；

图14为显示出根据本发明所述方法制备的Al基质中的具有不同的 SiC分数（fractions）的金属复合粉末表面的光学显微照片（（a）：20vol% SiC，（b）30vol%SiC）；

图15为显示出根据本发明所述方法制备的Al基质中的具有不同的 SiC尺寸的金属复合粉末表面的光学显微照片（（a）：17μm，（b）12μm， （c）6.5μm，（d）：1μm）；

图16为显示出根据本发明实施例2和实施例3制备的金属复合粉末 表面的光学显微照片（（a）：实施例3，（b）：实施例2）；

图17为显示出取决于熔融温度的金属复合粉末表面的光学显微照片 （（a）：铸造Al-Si-SiC基合金，（b）：实施例1，（c）比较例1，（d）比 较例2）；

图18为显示出熔融铸造样品和使用气体喷雾制备的粉末样品表面的 光学显微照片（（a）：比较例3，（b）：实施例1）；

图19为显示出经挤压样品的拉伸强度的图，所述经挤压样品是由如 本发明所述的热处理方法制备的实施例1的金属复合粉末形成的；和

图20为显示根据制备方法得到的样品的抗磨损性图。

附图中主要部分标记的说明

1：搅拌棒；2：熔埚；3：铝母材；4：铝-增强相粉末；100：上腔 室；120：熔埚；140：加热器；200：下腔室；300：喷雾嘴；400：搅拌 装置；420：搅拌马达；440：叶轮；500：进料装置；520：容纳部；540： 控制部；600：基质相；700：增强相。

具体实施方式

图1示意性地示出了使用如本发明实施方式所述的气体喷雾制备金 属复合粉末的设备的结构。

如图1中所示，对通过使用如本发明实施方式所述的气体喷雾制备 金属复合粉末的设备进行装配，以包含将在上腔室100中制备的金属复 合粉末的基质相（图3中的标记数字600）和增强相（图3中的标记数字 700）。

特别是，将用于熔融基质相600的熔埚120和加热器140包含于上 腔室100中，将容纳增强相700的进料装置500包含于所述熔埚120的 上侧。

所述熔埚120具有上开口，并且当其向下延伸时，所述熔埚的形状 逐步变窄，喷雾嘴300（将在随后进行详细描述）与所述熔埚的底部连接。

将用于加热所述熔埚120的加热器安装在所述熔埚120的外部以对 其中所容纳的基质相600和所述熔埚120一起进行加热。

所述进料装置500包括容纳部520和控制部540，大致形成圆柱形的 形状，其中，容纳所述增强相700的容纳部520在远离机身中心的一端 的位置具有旋转轴，并且所述容纳部520可绕所述旋转轴旋转。

控制部540连接至所述容纳部520的主体的一侧，所述控制部540 通过用户界面（user interaction）使所述容纳部520倾斜，以将所述容纳 部520中的增强相700引入所述熔埚120中。

也就是说，所述控制部540的一端连接至所述容纳部520、并且所述 控制部540的另一端暴露在所述腔室100的外部。当使用者抓住并拉拔 所述暴露端时，所述容纳部520沿使用者的拉拔方向绕旋转轴升高，所 述容纳部520中容纳的所述增强相700将沿倾斜方向被置于所述熔埚120 中。

此外，能够以如下方式装配所述控制部540：包含马达和控制开关， 并且当使用者操纵所述控制开关时，通过所述马达的运行使所述容纳部 520向一个方向倾斜。

同时，使所述基质相600容纳在所述熔埚120中，通过所述加热器 140进行加热，使所述基质相600熔融。搅拌装置400的一部分容纳在所 述熔埚120中，以便对引入至由此形成的熔融物中的增强相700进行搅 拌。

特别是，所述搅拌装置400包含搅拌马达420，该搅拌马达420被包 含于所述腔室100的一侧以产生扭矩，连接至所述搅拌马达420的旋转 轴的叶轮440处于熔埚120中，并进行旋转以搅拌所述熔融物（即，处 于熔融状态的所述基质相600和所述增强相700）。

尽管图1并未示出细节，可通过使用汽缸或独立式马达调节所述搅 拌马达420的高度，因此，所述叶轮440在所述熔埚120中的位置可被 调整，从而可顺利地对引入所述熔融物中的所述增强相700和所述熔融 物进行搅拌。

同时，将具有相对低熔点的金属（Al、Cu、Fe等）和合金（AlSi， FeNi等）用于所述基质相600，将具有比起所述基质相600的熔点相对 高的熔点的一种以上的陶瓷（SiC、TiC、Al₂O₃、SiO₂等）和金属间化合 物（Al₃Zr等）或有机和无机材料用于所述增强相700。

所述基质相600的尺寸为10μm-1000μm，所述增强相700具有比起 所述基质相600的尺寸小的尺寸，并且其尺寸范围可为1nm-100μm。

原因是，当所述增强相700具有比起所述基质相600的尺寸更大的 尺寸时，所述增强相700不能发挥其改进所述基质相600性能的作用。

所引入的增强相700相对于熔融的基质金属的体积分数为 0.1vol%-70vol%。原因是，当所述增强相700的体积分数为70%以上时， 由于高粘度而不利于气体喷雾。

同时，将所述喷雾嘴300连接至所述熔埚120的底部，并可将具有 前述尺寸和体积分数范围的增强相700和所述熔融物的熔融混合物和高 压气体一起喷入下腔室200的内部。由于前述喷嘴结构为已知的技术， 所以将不对其进行详细描述。

当和高压气体一起注入时，通过所述喷雾嘴300喷雾的熔融混合物 被转化为粉末形式，在所述下腔室200中收集由此转化的金属复合粉末。

如图1中所示，即，所述下腔室200支撑着位于其上的所述上腔室 100，并连接至所述喷雾嘴300。此外，所述下腔室200收集并储存通过 在所述喷雾嘴300的末端和气体一起被喷雾而转化成粉末形式的金属复 合粉末，为此目的，尽管没有在图1中示出，在所述下腔室200下面， 进一步包含旋风分离器（cyclone）。

在下文中，参考附图对使用前述金属复合粉末制备设备制备金属复 合粉末的方法进行了详细描述。

图2为示出使用如本发明所述的气体喷雾制备金属复合粉末的方法 的流程图。

如图2中所示，在使用如本发明所述的气体喷雾制备金属复合粉末 的方法中，首先在所述上腔室100中引入基质相（图3中的标记数字600）。

也就是说，容纳所述基质相600的熔埚120包含于所述上腔室100 中，所述基质相600容纳在所述熔埚120中。

使包含于所述上腔室100中的进料装置500中的增强相700的供给 与基质相600的引入单独进行。

也就是说，基质相600引入熔埚120与增强相700供给容纳部520 （即，进料装置500的组件）单独进行，因此，可以不考虑顺序地进行 上述两个过程。然而，由于增强相700被引入以增强基质相600的机械 性能，考虑到将得到增强的性能，可在供给基质相600后，再供给增强 相700。

同时，当完成上腔室100中的基质相600和增强相700的供给时， 对容纳在熔埚120中的基质相600进行熔融以形成熔融物。

在熔融物的形成中，通过在包含于上腔室100中的熔埚120中的感 应熔融（induction melting），基质相600被转化成具有约900℃的熔融物。

向通过对基质相600进行熔融所形成的熔融物中引入增强相700。

此时，使增强相700包含于容纳部520中，如上所述，所述容纳部 520连接至控制部540，以便使用者从外部进行控制。因此，当使用者确 认基质相600的状态并且基质相600被转化成熔融物时，能够通过使用 所述控制部540，将增强相700引入到所述熔融物中。

前述增强相700是比如上所述的基质相600具有更高的熔点、并且 当被引入熔融的基质相600中时保持了其特征的材料。

当将增强相700引入到熔融物（即，熔融的基质相600）中时，搅拌 装置400的组件搅拌马达420进行旋转，使与之相连的叶轮440以高速 进行旋转。因此，通过叶轮440的高速旋转，使增强相700均匀地分散 在熔融物中，得到熔融混合物。

同时，当形成所述熔融混合物时，通过使用喷雾嘴300对熔融混合 物和高压气体进行喷雾，形成金属复合粉末。

将由此形成的金属复合粉末收集并储存在下腔室200中，所述金属 复合粉末处于基质相600中含有增强相700的状态。

在下文中，参考附图对由此制备的金属复合粉末进行了更详细的描 述。

图3示意性地示出如本发明所述制备的金属复合粉末的晶体结构的 剖视图。

如图3中所示，通过使用如本发明所述的制备方法制备的金属复合 粉末在基质相600中含有增强相700，在增强相700和基质相600之间形 成界面。因此，预防了增强相700由于团聚而非均匀地分布在基质相600 的一侧。

在下文中，根据实施方式对本发明进行了详细描述。

图4示出通过本发明制备方法制备的包含碳化硅（SiC）的铝（Al） 复合粉末的显微结构的显微照片，图5示出在通过本发明制备方法制备 的包含碳化硅的铝复合粉末上进行的电子探针微量分析（EPMA）的结果， 图6示出在通过本发明制备方法制备的包含碳化硅的铝复合粉末上进行 的X射线衍射分析的结果图。

通过使用如本发明所述的气体喷雾形成金属复合粉末的方法和金属 复合粉末制备设备形成在前述显微照片中示出的金属复合粉末。所述金 属复合粉末为包含碳化硅（一种陶瓷）的铝复合粉末。

通过感应熔融，将包含碳化硅的铝复合粉末在上腔室100中的熔埚 120中进行熔融，以成为具有约900℃的铝熔融物，将储存在容纳部520 中的约2vol%的碳化硅直接引入到所述铝熔融物中。

当搅拌装置400上下移动时，通过以约500rpm旋转的叶轮对铝熔 融物和所引入的碳化硅进行搅拌，由此形成熔融混合物。

通过直径2mm的喷雾嘴300，将由此形成的碳化硅和铝的熔融混合 物转移，将具有约20bar压力的混合气体（氮气:氧气=8:2）和所述熔融 混合物一起注入到所述喷雾嘴300的末端。结果，形成了尺寸约150μm 的、包含SiC的铝复合粉末，将包含SiC的铝复合粉末收集并储存在下 腔室200中。

根据由前述形成的包含SiC的铝复合粉末的显微照片、电子显微镜 分析和X射线衍射分析的结果，确认SiC增强相700包含于铝基质相600 中。

此外，本发明提供了一种使用气体喷雾制备金属复合粉末的方法， 所述方法包括：在通过加热将包含增强相的铝锭块或Al-Si基合金进行熔 融后，通过加入金属锭块、合金锭块或铝-增强相粉末并搅拌来制备熔融 物；或者，在使铝-增强相粉末经受铝箔化后，将所述铝-增强相粉末装料 在铝母材的底部，通过对所述铝母材进行加热和搅拌来制备熔融物（步 骤1）；以及，将所述步骤1中制备的熔融物和气体一起喷雾以制备金属 复合粉末（步骤2）。

在下文中，逐步地对使用如本发明所述的气体喷雾制备金属复合粉 末的方法进行详细描述。

在使用如本发明所述的气体喷雾制备金属复合粉末的方法中，步骤1 在通过对包含增强相的铝锭块或Al-Si基合金进行加热熔融后，通过加入 金属锭块、合金锭块或铝-增强相粉末并搅拌来制备熔融物；或者，在使 铝-增强相粉末经受铝箔化后，将所述铝-增强相粉末装料在铝母材的底 部，通过对所述铝母材进行加热和搅拌来制备熔融物（参见图8）。

此时，可将SiC、AlN或TiC用作步骤1中的增强相。

此外，可将铝（Al）、锡（Sn）或铜（Cu）用作步骤1中的金属锭块， 并可将铝-硅（Al-Si）合金、铝-铜（Al-Cu）合金或铝-铁（Al-Fe）合金 用作步骤1中的合金锭块。

进一步地，将铝和增强相粉末混合在一起，然后可通过机械碾磨制 备步骤1中的铝-增强相粉末。使用水平碾磨机（低能量的球磨机）和不 锈钢球进行所述机械碾磨。所述碾磨进行约30min以制备板状粉末，所 述碾磨可进行约5h以制备球状粉末。碾磨的时间和每分钟转数（rpm） 可根据低能量的碾磨方法和高能量的碾磨方法进行调节。通过机械碾磨， 将使增强相均匀地分布在铝基质中（参见图7）。

此外，制备具有10μm-5000μm尺寸的板状或球状的铝-增强相粉末， 存在于铝-增强相粉末中的增强相的粒径为0.001μm-50μm。

步骤1中，可在所述铝-增强相粉末中生成的晶体结构得以维持的温 度下，加入所述铝-增强相粉末。

步骤1中的熔融物可具有0.1vol%-70vol%的增强相。当所述增强相 低于0.1vol%时，拉伸强度和抗磨损性没有得到改进；当所述增强相高 于70vol%时，由于所述熔融物的粘度增加，不能通过气体喷雾制备金属 复合粉末。

此外，步骤1可进一步包括在5min-30min内，将熔融温度提高至 700℃-800℃。通过实施前述工艺，降低了熔融物的粘度，从而便于气体 喷雾，可预防所述增强相的离析和降解。

接下来，在使用如本发明所述的气体喷雾制备金属复合粉末的方法 中，通过将步骤1中制备的熔融物和气体一起喷雾而在步骤2中制备金 属复合粉末。

此时，可将混合气体（氮气和氧气之间的体积分数比为7-9:3-1）用 作步骤2中的气体。

此外，可在5bar-100bar的压力下实施步骤2中的喷雾。当在低于5 bar的压力下进行喷雾时，所制备的金属复合粉末的尺寸增加并且粒度分 布将加宽。当压力高于100bar时，由于金属复合粉末被制备成片状（flake  shape），粉末制备效率降低。

进一步地，本发明提供了一种通过将熔融物和气体一起喷雾而制备 的金属复合粉末，所述熔融物通过使包含增强相的铝锭块或Al-Si基合金 加热熔融后，加入金属锭块、合金锭块或铝-增强相粉末并搅拌来制备。

因此，使用如本发明所述的气体喷雾制备金属复合粉末的方法可通 过使用气体喷雾大量生产金属复合粉末，所述金属复合粉末具有作为晶 内型结构（intra-granular structure）而在金属基质相中分布的增强相，并 且依靠所述增强相的均匀分布而改进了金属的拉伸强度和抗磨损性。因 此，所述方法可被有效地使用以制备金属复合粉末。

此外，本发明提供了使用气体喷雾制备金属复合粉末的设备，所述 设备包括：包含熔埚的上腔室，在所述熔埚中引入包含增强相的铝锭块 或Al-Si基合金并进行熔融；进料装置，所述进料装置包含在所述上腔室 中的所述熔埚上侧，所述进料装置能够向所述熔埚中选择性地引入金属 锭块、合金锭块或铝-增强相粉末；搅拌装置，所述搅拌装置用于搅拌通 过所述进料装置引入所述熔埚中的金属锭块、合金锭块或铝-增强相粉末 和在所述熔埚中通过加热形成的熔融物；喷雾嘴，所述喷雾嘴用于通过 将熔融混合物和气体一起喷雾来生成金属复合粉末，所述熔融混合物通 过所述搅拌装置对所述金属锭块、合金锭块或铝-增强相粉末和所述熔融 物进行搅拌来形成；以及下腔室，所述下腔室是通过喷雾嘴生成的金属 复合粉末的收集空间。

进一步地，使用如本发明所述的气体喷雾的金属复合粉末制备设备 的搅拌装置可包含搅拌马达，所述搅拌马达包含于上腔室的外部；叶轮， 所述叶轮连接到所述搅拌马达并在熔埚中旋转；进料装置可包含容纳部 和控制部，所述容纳部用于容纳金属锭块、合金锭块或铝-增强相粉末， 所述控制部启动容纳部，以将金属锭块、合金锭块或铝-增强相粉末引入 到所述熔埚中。

实施例

在下文中，将根据下述实施例对本发明进行详细的描述。然而，下 述实施例仅是本发明的示例，本发明的内容并不限于下述实施例。

实施例1

将1kg Al-Si-SiC基合金锭块（在铝基质中包含20vol%SiC的锭块， 并且所述锭块包含了8wt%-9wt%的Si、最高0.2wt%的Fe、最高0.2wt% 的Cu、0.45wt%-0.65wt%的Mg以及最高0.2wt%的Ti，购自MC-21Inc.） 装入具有气体喷雾器的上腔室中的熔埚中，然后，通过将母材感应加热 至约580℃进行熔融来制备并搅拌熔融物。此后，将熔融温度在10min 内快速提高至750℃。当通过直径3mm的喷嘴对熔融混合物进行喷雾时， 通过在20bar的压力下向熔融混合物中注入氮气和氧气之间的体积分数 比为8:2的混合气体来制备金属复合粉末。

实施例2

除通过将其加入到熔融物中，对Al-Si-SiC基合金锭块（在铝基质中 包含20vol%SiC的锭块，并且所述锭块包含了8wt%-9wt%Si、最高0.2 wt%Fe、最高0.2wt%Cu、0.45wt%-0.65wt%Mg和最高0.2wt%Ti，购 自MC-21 Inc.）和Al-Si-Cu-Fe-Mg-Mn基合金锭块（Al:Si:Cu:Fe:Mg: Mn的重量比=69.5:20:3.5:5.5:1.2:0.5）进行熔融和搅拌外，以与实 施例1相同的方式制备金属复合粉末。

实施例3

除使用了500g Al-Si-SiC基合金锭块（在Al基质中包含20vol%SiC 的锭块，并且所述锭块包含了8wt%-9wt%Si、最高0.2wt%Fe、最高 0.2wt%Cu、0.45wt%-0.65wt%Mg和最高0.2wt%Ti，购自MC-21Inc.） 并在加入相同体积的纯Al锭块以控制SiC分数后，于660℃下进行熔融 外，以与实施例1相同的方式制备金属复合粉末。

实施例4

将铝和TiC粉末混合在一起，然后，使用水平碾磨机（低能量球磨 机）（德国，ZoZ GmbH，Smoloyer）和不锈钢球进行机械碾磨。碾磨进 行约30min以制备板状粉末，碾磨进行约5h以制备球状粉末。使用机 械碾磨制备Al-TiC粉末，然后，将铝锭块熔融并向其中加入所制备的 Al-TiC粉末并进行搅拌。此后，将熔融温度在10min内快速提高至750℃。 当通过直径3mm的喷嘴对熔融混合物进行喷雾时，通过在20bar的压力 下，向所述熔融混合物中注入氮气和氧之间的体积分数比为8:2的混合 气体来制备金属复合粉末。

比较实施例1

除将熔融温度在15min内快速提高至850℃以外，以与实施例1相 同的方式制备金属复合粉末。

比较实施例2

除将熔融温度在15min内快速提高至950℃以外，以与实施例1相 同的方式制备金属复合粉末。

比较实施例3

将Al-Si-SiC基合金锭块（在Al基质中包含20vol%SiC的锭块，并 且所述锭块包含了8wt%-9wt%Si、最高0.2wt%Fe、最高0.2wt%Cu、 0.45wt%-0.65wt%Mg和最高0.2wt%Ti，购自MC-21Inc.）在真空下加 热到750℃以制备熔融物，然后，在冷却后制备样品。

分析

1.对使用机械活化方法制备的Al粉末、TiC粉末和Al-TiC复合粉 末进行的表面分析

将扫描电子显微镜（SEM，JEOL，6500F）用于对使用机械活化方 法制备的Al粉末、TiC粉末和Al-TiC粉末的表面进行分析，在图9中给 出了其结果。

关于图9，图9（a）显示出使用机械活化方法制备的铝粉的表面， 图9（b）显示出使用机械活化方法制备的TiC粉末的表面，以及图9（c） 显示出使用机械活化方法制备的Al-TiC粉末的表面。

2.包含2wt%TiC粉末的Al合金锭块

通过铝和增强粉末的机械碾磨来制备铝-增强相粉末，然后，通过将 铝-增强相粉末和铝锭块一起熔融来制备熔融物。通过以高速搅拌并将所 述熔融物固化来制备包含2wt%TiC粉末的Al合金锭块，由此拍摄照片。 在图10中示出了包含2wt%TiC粉末的Al合金锭块。

3.对包含TiC粉末的Al合金锭块进行的表面分析和组分分析

通过铝和增强粉末的机械碾磨来制备铝-增强相粉末，然后，通过将 铝-增强相粉末和铝锭块一起熔融来制备熔融物。通过以高速搅拌并将所 述熔融物固化来制备Al-TiC合金锭块。进行SEM分析和能量散射X射 线光谱学（EDS）的点分析以对所制备的Al-TiC合金锭块的表面和组分 进行考察，将其结果在图11中示出。

如图11中所示，能够理解的是，TiC颗粒在Al基质中为晶内型分布 （参见图11（a）），并包含Al、Ti和C作为主要成分（参见图11（b））。

4.对包含TiC粉末的Al合金锭块进行的组分分析

通过铝和增强粉末的机械碾磨来制备铝-增强相粉末，然后，通过将 铝-增强相粉末和铝锭块一起熔融来制备熔融物。通过以高速搅拌并将所 述熔融物固化来制备Al-TiC合金锭块。进行EDS映射分析以对所制备的 Al-TiC合金锭块的组分进行考察，将其结果在图12中示出。

如图12中所示，能够理解的是，包含Al、Ti和C作为主要成分， 还包含了少量的Si。

5.对使用气体喷雾制备的金属复合粉末进行的组分分析

进行场致发射扫描电子显微镜（SEM-EDS，HITACHI，S-4200）分 析以对本发明所述的金属复合粉末的组分进行考察，将其结果在图13中 示出。

如图13中所示，能够理解的是，如本发明所述的金属复合粉末具有 晶内型结构，其中，SiC分布在Al基质中。

6.对不同SiC分数的金属复合粉末进行的表面分析

进行光学显微镜（OM，NIKON，EPIPHOT）分析以对金属复合粉 末的表面进行考察，通过使用如本发明所述的制备方法来制备在Al基质 中具有不同SiC分数的金属复合粉末，将其结果在图14中示出。

图14（a）显示出包含20vol%SiC的金属复合粉末以及图14（b） 显示出包含30vol%SiC的金属复合粉末。

7.对不同SiC尺寸的金属复合粉末进行的表面分析

进行光学显微镜（OM）分析以对金属复合粉末的表面进行考察，通 过使用如本发明所述的制备方法来制备在Al基质中具有不同SiC尺寸的 金属复合粉末，将其结果在图15中示出。

图15（a）显示出包含尺寸为17μm的SiC的金属复合粉末，图15 （b）显示出包含尺寸为12μm的SiC的金属复合粉末，图15（c）显示 出包含尺寸为6.5μm的SiC的金属复合粉末。此外，图15（d）显示出 包含尺寸约为1μm的SiC的金属复合粉末，所述金属复合粉末通过将包 含尺寸为12μm的SiC的金属复合粉末在750℃下加热并保持30min再 冷却而得到。

8.对添加不同Al合金的金属复合粉末进行的表面分析

进行光学显微镜分析以对在本发明实施例2和实施例3中制备的金 属复合粉末进行考察，将其结果在图16中示出。

图16（a）显示出通过将Al锭块包含于Al-Si-SiC基锭块中所制备的 实施例3的金属复合粉末，以及图16（b）显示出通过将 Al-Si-Cu-Fe-Mg-Mn锭块包含于Al-Si-SiC基锭块中所制备的实施例2的 金属复合粉末。

实验实施例1对取决于熔融温度的金属复合粉末进行的表面分析

进行光学显微镜分析以对取决于熔融温度的金属复合粉末的表面进 行考察，将其结果在图17中示出。

图17（a）显示出铸造Al-Si-SiC基合金，图17（b）显示出实施例1 的金属复合粉末，以及图17（c）和图17（d）分别显示出比较例1和比 较例2的金属复合粉末。如图17中所示，能够理解的是，750℃（实施 例1的熔融温度）是用于制备金属复合粉末的适当温度；由于熔融物的 粘度降低和熔融时间增长，比较例1和比较例2中，SiC发生离析和降解。 实验实施例2对熔融-铸造样品和通过气体喷雾制备的粉末样品进行的 表面分析

进行光学显微镜分析以对熔融-铸造样品和通过气体喷雾制备的粉 末样品的表面进行考察，将其结果在图18中示出。

如图18中所示，能够理解的是，与比较例3（图18（a））相比，本 发明实施例1（图18（b））改进了Al-SiC的浸润性（wettability），并且 SiC均匀且以晶内型分布。

实验实施例3使用热处理方法，对用金属复合粉末制备的经挤压样品进 行拉伸强度分析

使用通过本发明的制备方法所制备的实施例1的金属复合粉末来制 备经挤压样品，使用热处理方法对拉伸强度进行分析。将其结果在图19 和表1中示出。

表1

使通过实施例1的方法制备的Al-Si-SiC基金属复合粉末在约470℃ 下经受无壳挤压（canless extrusion）以制备经挤压样品，然后，将所述 经挤压样品在350℃下热处理30min以除去挤压应力。此外，为通过沉 淀硬化（precipitation hardening）改进机械性能，将经挤压样品在540℃ 下热处理8h后进行水冷却。随后，通过在170℃下热处理4h来进行 T-6热处理并冷却。铸造样品的数据引自MC-21Inc.在T-6热处理后得到 的实验结果。

如图19和表1中所示，与铸态（as-cast）的样品相比，就通过根据 本发明的制备方法在金属复合粉末上进行T-6热处理制备的经挤压样品 而言，能够理解的是，最大拉伸强度、杨氏模量和伸长分别改进了约23%、 约31%和40%。

实验实施例4如制备方法所述的样品的抗磨损性分析

对如制备方法所述的样品的抗磨损性进行分析，将其结果在图20中 给出。

如图20中所示，当使在50MPa的压力下通过挤压铸造制备的样品 经受T-6热处理时，比磨损率为2189×10^-15m³/Nm；当使通过挤压铸造制 备的包含20vol%SiC的样品经受T-6热处理时，比磨损率为1395×10^-15m³/Nm；就通过挤压如本发明所述的实施例1的金属复合粉末所制备的 样品而言，比磨损率为594×10^-15m³/Nm；当对通过挤压如本发明所述的 实施例1的金属复合粉末而制备的样品进行热处理时，比磨损率为 1931×10^-15m³/Nm。因此，能够理解的是，通过挤压如本发明所述的实施 例1的金属复合粉末而制备的样品具有极大改进的比磨损率。