CN100999796A

CN100999796A - 原位颗粒增强耐热铝基复合材料

Info

Publication number: CN100999796A
Application number: CN 200710036338
Authority: CN
Inventors: 陈东; 王浩伟; 孙焕焕; 李险峰; 马乃恒
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2007-07-18

Abstract

一种原位颗粒增强铝基复合材料，属于材料技术领域。本发明组分及其重量百分比为：1～3％Mg，1－5％Cu，0.5～3％Ni，0.5～3％Fe，0.05－0.5％Zr，5～40％TiB₂，其余为Al。所述的TiB₂增强颗粒的尺寸在20～300nm，TiB₂增强颗粒均匀分布在基体中，TiB₂增强颗粒与基体界面干净，无界面反应。本发明基体和增强颗粒的界面干净，结合良好，颗粒分布均匀，复合材料在300℃时抗拉强度＞250MPa。本发明具有良好的高温性能，能够广泛应用于航空航天、热能等领域。

Description

原位颗粒增强耐热铝基复合材料

技术领域

本发明涉及的是一种复合材料技术领域的铝基材料，具体地说，是一种原位颗粒增强耐热铝基复合材料。

背景技术

铝基复合材料具有高比强度、高比模量和良好的耐热性、耐磨性，在航空航天、国防、工业等领域有着广泛的应用。铝基复合材料的制备方法有搅拌铸造、真空压力浸渗、机械合金化、粉术冶金等工艺。由于在铝基体中外加颗粒存在着增强颗粒与基体浸润性差，界面反应难以控制，增强颗粒分布不均匀等缺陷，影响了铝基复合材料的性能。同时采用外加颗粒的制备工艺复杂，成本较高，不利于推广应用。而通过原位方法制备出的铝基复合材料界面干净，颗粒尺寸可以控制，颗粒分布均匀，颗粒的高温稳定性好，同时具有工艺简单，成本低的优点。高强耐热铝基复合材料是热能和动力行业迫切需要的一种新型材料。本专利的铝基复合材料具有良好的高温力学，成本低，制备工艺简单，具有很好的推广价值。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为：CN1718804，公开日为：2006.01.11，发明名称为：一种原位生成TiC增强Al-Fe-V-Si系耐热铝合金材料及其制备方法，该是一种TiC颗粒增强Al-Fe-V-Si系的铝基复合材料。在该材料中增强颗粒的分数在3-5％，增强颗粒含量较低，而且该在315℃时抗拉强度在200～220MPa，不能满足某些特殊服役环境对于材料高温强度的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种原位颗粒增强耐热铝基复合材料，使其具有在300℃时抗拉强度＞250Mpa以上的特点，能满足某些特殊服役环境对于材料高温强度的要求。

本发明是采用以下技术方案实现的：本发明的原位颗粒增强耐热铝基复合材料的成分重量百分比组成为：1～3％Mg，1-5％Cu，0.5～3Ni，0.5～3％Fe，0.05-0.5％Zr，5～40％TiB₂，其余为Al。

所述的TiB₂增强颗粒的尺寸在20～300nm。

所述的TiB₂增强颗粒均匀分布在基体中，TiB₂增强颗粒与基体界面干净。

本发明上述材料的制备工艺如下：在坩埚中加入工业纯铝，使铝锭熔化，将KFB₁、KTIF₆以约为1∶1.5的质量比均匀混合，然后将混合盐加入熔体中，进行机械搅拌，使混合盐与熔体发生发应，反应结束后，取出发应副产物，加入工业纯Mg、Al-Cu、Al-Ni、Al-Fe、Al-Zr中间合金，除气精炼，浇注成铸坯，然后将铸坯挤压成一定尺寸的棒料，然后进行固溶时效处理。

本发明中，基体中Fe、Ni、Cu、Mg等元素能够在铝基体中形成固溶度和扩散率低的析出相，耐热性好，在高温下仍能起到弥散强化的作用；同时TiB₂是从熔体中原位自生形成的，高温稳定性好，TiB₂颗粒均匀弥散分布在合金基体上，对温度升高时基体组织的粗化起到良好的抑止作用，有利于提高合金的高温力学性能。目前航空航天领域和热能等行业需要一些关键零件能够在高温环境下服役的，要求材料具有良好的耐热性能。本发明基体和增强颗粒的界面结合良好，颗粒分布均匀，复合材料在300℃时抗拉强度＞250MPa。本发明具有良好的高温性能，能够广泛应用于航空航天、热能等领域。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

制备成分重量百分比组成1％Mg、1％Cu、0.5％Ni、0.5％Fe、0.05％Zr、5％TiB₂，其余为Al的耐热铝基复合材料。

在坩埚中加入工业纯铝，使铝锭熔化，将KFB₄、KTiF₆均匀混合，然后将混合盐加入熔体中，进行机械搅拌，使混合盐与熔体发生发应，反应结束后，取出发应副产物，加入工业纯Mg、Al-Cu、Al-Ni、Al-Fe、Al-Zr中间合金，除气精炼，浇注成铸坯，然后将铸坯挤压成一定尺寸的棒料，然后进行固溶时效处理。

复合材料中TiB₂颗粒的尺寸在50～300nm，颗粒弥散分布在基体中，TiB₂与基体界面干净，无界面反应，结合良好。材料在300℃的力学性能：σ_b＝258MPa，σ_0.2＝215MPa，δ＝13％，E＝73GPa。

实施例2：

制备成分重量百分比组成2％Mg、2.5％Cu、1.5％Ni、1.5％Fe、0.3％Zr、20％TiB₂，其余为Al的耐热铝基复合材料。

复合材料中TiB₂颗粒的尺寸在50～300nm，颗粒弥散分布在基体中，TiB₂与基体界面干净，无界面反应，结合良好。材料在300℃的力学性能：σ_b＝265MPa，σ_0.2＝240MPa，δ＝10％，E＝86GPa。

实施例3：

制备成分重量百分比组成3％Mg、5％Cu、3％Ni、3％Fe、0.5％Zr、40％TiB₂，其余为Al的耐热铝基复合材料。

复合材料中TiB₂颗粒的尺寸在50～250nm，颗粒弥散分布在基体中，TiB₂与基体界面干净，无界面反应，结合良好。材料在300℃的力学性能：σ_b＝289MPa，σ_0.2＝267MPa，δ＝7.5％，E＝103GPa。

Claims

1.一种原位颗粒增强耐热铝基复合材料，其特征在于，组分及其重量百分比为：1～3％Mg，1-5％Cu，0.5～3Ni，0.5～3％Fe，0.05-0.5％Zr，5～40％TiB₂，其余为Al。

2.根据权利要求1所述的原位颗粒增强耐热铝基复合材料，其特征是，所述的TiB₂增强颗粒的尺寸在20～300nm。

3.根据权利要求1或2所述的原位颗粒增强耐热铝基复合材料，其特征是，所述的TiB₂增强颗粒均匀分布在基体中，TiB₂增强颗粒与基体界面干净。

4.根据权利要求1所述的原位颗粒增强耐热铝基复合材料，其特征是，在300℃时，所述原位颗粒增强耐热铝基复合材料的抗拉强度＞250MPa。