CN104372208B

CN104372208B - 一种内生颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN104372208B
Application number: CN201410585914.9A
Authority: CN
Inventors: 赵遵成; 李哲; 卢涛; 田晓光
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2019-03-29
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: CN104372208A

Abstract

本发明提供一种内生颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。其组分及重量百分比为：Si 0～15%、Cu 0～8%、Mg 0～5%、TiB₂颗粒0.1～15%、TiC颗粒0.1～10%，余量为Al。本发明包括以下步骤：(1)在坩埚中加入工业纯铝，使铝锭熔化，氩气保护升温；（2）将AlTi₂₀粉末和B₄C颗粒及Ce₂O₃混合均匀，然后烘干；（3）将混合料用铝合金精炼的旋转喷吹装置射入熔体中，控制氩气流量，施加机械搅拌；（4）反应结束后，退出旋转喷吹装置，静置；（5）浇注到模具中，得到内生颗粒混杂增强铝基复合材料。本发明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，同时具有工艺简单，适合规模生产的优点。

Description

一种内生颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种复合材料技术领域的制备方法，具体地说，是一种内生颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

铝基复合材料具有高的比强度、比刚度和比模量，在航天、航空、汽车和电子工业等领域有着广泛的应用。传统的铝基复合材料制备方法是将增强颗粒外加到铝合金基体中，存在外加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同一性和稳定性。同时采用外加颗粒的制备工艺复杂，成本较高，限制了推广应用。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为：1376805，公开日为：2002.10.30，发明名称为：一种高强度原位铝基复合材料，是采用粉末烧结的方法制备的原位混杂Al₂O₃、TiB₂颗粒增强的铝基复合材料。该方法的原料是铝或铝合金，TiO₂和B粉末，经过混粉、冷压，烧结和挤压四个步骤才完成材料的制备，该工艺为纯粉末冶金的方法，存在原料成本高，制备工艺复杂，无法实现大规模生产等问题。为了提高铝合金的综合性能，并可实现工业化生产，采用内生颗粒混杂增强铝基复合材料是一条有效途径。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种内生颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法，采用混合合金粉和陶瓷粉同时通入氩气吹入铝合金熔体的方法制备混杂颗粒增强铝基复合材料，这种制备方法具有制备工艺简单的优点，适于大规模的工业生产，具有很好的推广价值。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明一种内生颗粒混杂增强铝基复合材料的组分及其质量百分比为：Si 0～15%、Cu 0～8%、Mg 0～5%、TiB₂颗粒0.1～15%、TiC 颗粒0.1～10%，余量为Al。

本发明一种内生颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法包括以下步骤：

（1）在坩埚中加入工业纯铝，使铝锭熔化，采用惰性气体保护，升温至800～1200℃；

（2）将AlTi₂₀粉末和B₄C颗粒以1∶0.25～1∶4的质量比均匀混合；

（3）在上述几种混合料中加入0.05～0.5的Ce₂O₃，一并混合均匀；

（4）上述混合料充分混匀后，在100～300℃烘干1～2小时.

（5）然后将混合料用铝合金精炼的旋转喷吹装置射入熔体中，同时控制氩气流量为1～50ml/min，并施加机械搅拌，搅拌速度为100～800rpm,搅拌时间控制为5～30min；

（6）反应结束后，退出旋转喷吹装置，静置，控制时间为10～30min，静置温度680～760℃；

（7）扒去浮渣后，浇注到模具中，制备出内生颗粒混杂增强铝基复合材料。

本发明利用混合料的AlTi₂₀粉末和B₄C颗粒在高温铝合金熔体中内生反应合成出TiB₂和TiC混杂增强铝基复合材料。原位生成的TiB₂和TiC颗粒在基体中分布均匀，颗粒表面干净，与基体的界面结合良好。TiB₂和TiC颗粒在基体中可起到明显的强化作用，大大提高了材料的模量和强度。这种制备方法工艺简单，可直接对接现有的铝合金生产体系，制备的复合材料具有良好的力学性能和成形能力，可以广泛应用于航空、航天、汽车与电子等领域。

本发明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，同时具有工艺简单易操作的优点；并且混杂增强可以改善单一增强体的不足，使各种增强材料的不同性质相互补充,产生混杂效应同时可以提高增强体的含量，进一步提高材料的性能。

具体实施方式

实施例一：

材料的组分及其质量百分比为：Si 12%、Cu 1.0%、Mg 0.2%、TiB₂颗粒10%、TiC颗粒5%，余量为Al。

制备过程如下：铝锭熔化后，加入硅、铜和镁，氩气覆盖保护熔体，升温至1100℃，将质量比为3∶1的AlTi₂₀粉末和B₄C颗粒，与0.1%Ce₂O₃充分混合均匀并经过150℃烘干2小时，利用铝合金精炼的旋转喷吹装置射入熔体中，流量为75ml/min，搅拌速度250rpm，搅拌时间15min。反应结束后静置10min，扒去浮渣浇铸。得到含TiB₂10%、 TiC5%的内生颗粒混杂增强铝基复合材料，经过T6处理的复合材料的力学性能∶σ_b＝358MPa，σ_0.2＝316MPa，δ＝0.7%，E＝88GPa。

实施例二：

材料的组分及其质量百分比为：Cu 5%、、TiB₂颗粒5%、TiC颗粒2.5%，余量为Al。

制备过程如下：铝锭熔化后，加入铜，氩气覆盖保护熔体，升温至900℃，将质量比为1∶1的AlTi₂₀粉末和B₄C颗粒，与0.2%Ce₂O₃充分混合均匀并经过200℃烘干1小时，利用铝合金精炼的旋转喷吹装置射入熔体中，流量为30ml/min，搅拌速度300rpm，搅拌时间10min。反应结束后静置5min，扒去浮渣浇铸。得到含TiB₂5%、 TiC2.5%的内生颗粒混杂增强铝基复合材料，经过T6处理的复合材料的力学性能∶σ_b＝445MPa，σ_0.2＝398MPa，δ＝2.1%，E＝80GPa。

实施例三：

材料的组分及其质量百分比为：Si 0.5%、Mg 1.0%、TiB₂颗粒8%、TiC颗粒5%，余量为Al。

制备过程如下：铝锭熔化后，加入硅和镁，氩气覆盖保护熔体，升温至1000℃，将质量比为2∶1的AlTi₂₀粉末和B₄C颗粒，与Ce₂O₃充分混合均匀并经过200℃烘干1小时，利用铝合金精炼的旋转喷吹装置射入熔体中，流量为50ml/min，搅拌速度300rpm，搅拌时间10min。反应结束后静置5min，扒去浮渣浇铸。得到含TiB₂8%、 TiC5%的内生颗粒混杂增强铝基复合材料，经过T6处理的复合材料的力学性能∶σ_b＝412MPa，σ_0.2＝373MPa，δ＝2.1%，E＝84GPa。

Claims

1.一种内生颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，其组分及重量百分比为：Si 0～15％、Cu 0～8％、Mg 0～5％、TiB₂颗粒0.1～15％、TiC颗粒0.1～10％，余量为Al；其制备方法包括以下步骤：

(1)在坩埚中加入工业纯铝，使铝锭熔化升温，氩气保护；

(2)将AlTi₂₀粉末和B₄C颗粒均匀混合；

(3)在上述混合料中加入百分之0.05～0.5的Ce₂O₃，一并混合均匀；

(4)上述混合料充分混匀后，烘干；

(5)然后将混合料用铝合金精炼的旋转喷吹装置射入熔体中，同时控制氩气流量，并施加机械搅拌；

(6)反应结束后，退出旋转喷吹装置，静置；

(7)扒去浮渣后，浇注到模具中，制备出内生颗粒混杂增强铝基复合材料。

2.根据权利要求1所述的内生颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的升温为800～1200℃。

3.根据权利要求1所述的内生颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的AlTi₂₀粉末和B₄C颗粒，其质量比为1∶0.25～1∶4。

4.根据权利要求1所述的内生颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的烘干，其温度为100～300℃。

5.根据权利要求1所述的内生颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的烘干，其时间为1～3小时。

6.根据权利要求1所述的内生颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的氩气，其流量为10～100ml/min。

7.根据权利要求1所述的内生颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的机械搅拌，搅拌速度为100～800rpm,搅拌时间为5～30min。

8.根据权利要求1所述的内生混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的静置，其温度680～760℃，其时间为5～30min。