CN104755194A - 用于改善铝-碳化硼复合材料的可铸性的添加剂 - Google Patents

用于改善铝-碳化硼复合材料的可铸性的添加剂 Download PDF

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Abstract

本公开提供了能够与铝-碳化硼复合材料中的硼进行包晶反应的添加剂。所述添加剂可以选自由钒、锆、铌、锶、铬、钼、铪、钪、钽、钨以及其组合组成的群组，用于在铸造之前维持熔融复合材料的流动性，以促进可铸性。

Description

用于改善铝-碳化硼复合材料的可铸性的添加剂
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年11月19日提交并且以全文同此并入的美国临时专利申请61/727,949的优先权。
技术领域
本发明关于铸造铝/碳化硼复合金属基体材料，其具有从包晶反应获得的产物以在铸造之前增加其流动性。反应产物是通过使用能够与碳化硼的硼进行包晶反应的添加剂来获得。
背景技术
为了增加熔融Al-B4C混合物的流动性，并且如美国专利系列号7,562,962中所描述，可以添加钛。当添加钛到熔融铝金属与B4C粉末的混合物中时，在B4C颗粒与使B4C颗粒“中毒”的铝基体的界面附近形成反应产物。据教导，反应产物将B4C颗粒与铝相屏蔽。
将非常需要提供在铸造和成形之前维持熔融Al-B4C混合物的适当流动性的手段和方法。这些手段和方法将优选地提供/维持在工业环境中可经受成形和/或铸造的流动性。
发明内容
发明概要
本公开提供了一种铸造复合材料，其包含铝、添加剂与硼之间的包晶反应的产物以及分散的碳化硼颗粒。包晶反应的产物的存在在铸造之前维持熔融复合材料的流动性，并且促进复合材料的可铸性和成形。
在第一个方面，本公开提供了一种铸造复合材料，其包含(i)铝，(ii)添加剂与硼之间的包晶反应的产物，(iii)分散的碳化硼颗粒，以及(iv)任选的钛。添加剂选自由铬、钼、钒、铌、锆、锶、钪以及其任何组合组成的群组。复合材料的样品在铸造之前已经被加热到约700℃的温度持续约120分钟之后具有流动性，对应于当使用具有用于容纳样品的凹槽的模具测量时至少100mm的铸造长度，这种凹槽的宽度为约33mm，高度介于约6.5mm与约4.0mm之间，并且从水平轴向下倾斜约10°。在一个实施方案中，样品的铸造长度为至少190mm。在另一个实施方案中，铸造复合材料在保持时间内被保持并且在铸造时间内被铸造，并且其中保持时间和铸造时间总计为120分钟。在另一个实施方案中，包晶反应的产物是通过组合熔融铝或熔融铝合金与能够进行包晶反应的添加剂(在并入碳化硼颗粒之前)来提供。在另一个实施方案中，添加剂选自由锆、锶、钪以及其任何组合组成的群组。在另一个实施方案中，添加剂是钪。在另一个实施方案中，添加剂是锶。在另一个实施方案中，添加剂是锆。在一个实施方案中，分散的碳化硼颗粒的浓度(v/v)以铸造复合材料的总体积计介于4％与40％之间。在所述实施方案中，添加剂的浓度(w/w)以铸造复合材料的总重量计可以介于0.47％与8.00％之间，并且任选地，复合材料可以进一步包含以铸造复合材料的总重量计浓度(w/w)介于0.50％与4.00％之间的钛。在另一个实施方案中，分散的碳化硼颗粒的浓度(v/v)以铸造复合材料的总体积计介于4.5％与18.9％之间。在所述实施方案中，添加剂的浓度(w/w)以铸造复合材料的总重量计可以介于0.38％与4.00％之间，并且任选地，铸造复合材料进一步包含以铸造复合材料的总重量计浓度(w/w)介于0.40％与2.00％之间的钛。在另一个实施方案中，分散的碳化硼颗粒的浓度(v/v)以铸造复合材料的总体积计介于19.0％与28.0％之间。在所述实施方案中，添加剂的浓度(w/w)以铸造复合材料的总重量计可以介于1.68％与6.00％之间，并且任选地，铸造复合材料可以进一步包含以铸造复合材料的总重量计浓度(w/w)介于1.80％与3.00％之间的钛。在另一个实施方案中，分散的碳化硼颗粒的浓度(v/v)以铸造复合材料的总体积计介于25.0％与28.0％之间或介于28.0％与33.0％之间。在所述实施方案中，添加剂的浓度(w/w)以铸造复合材料的总重量计可以介于0.94％与4.00％之间，并且任选地，铸造复合材料可以进一步包含以铸造复合材料的总重量计浓度(w/w)介于1.00％与2.00％之间的钛。
根据第二个方面，本公开提供了一种制备铸造复合材料的方法。宽泛地说，这种方法包括(a)组合(i)包含能够与硼进行包晶反应的添加剂的熔融铝合金与(ii)碳化硼颗粒的来源，以提供包含添加剂与硼之间的包晶反应的产物和分散的碳化硼颗粒的熔融复合材料；以及(b)铸造熔融复合物以形成铸造复合材料。添加剂选自由铬、钼、钒、铌、锆、锶、钪以及其任何组合组成的群组。复合材料的样品在铸造之前已经被加热到约700℃的温度持续约120分钟之后具有流动性，对应于当使用具有用于容纳样品的凹槽的模具测量时至少100mm的铸造长度，这种凹槽的宽度为约33mm，高度介于约6.5mm与约4.0mm之间，并且从水平轴向下倾斜约10°。在一个实施方案中，铸造长度为至少190mm。在另一个实施方案中，这种方法进一步包括在步骤(b)之前，在保持时间内保持熔融复合材料并且在铸造时间内铸造熔融复合物，其中保持时间和铸造时间总计为120分钟。在另一个实施方案中，这种方法进一步包括在步骤(a)之前，通过组合熔融铝或熔融铝合金与能够进行包晶反应的添加剂来提供熔融铝合金。关于可以使用的添加剂的类型、添加剂的浓度、碳化硼颗粒的浓度、复合材料中钛的任选的存在的实施方案已经描述于上文并且应用于本文中。
根据第三个方面，本公开提供了一种改善包含铝、添加剂与硼之间的包晶反应的产物以及分散的碳化硼颗粒的熔融复合材料的铸造和/或成形特性的方法。宽泛地说，这种方法包括组合(i)包含能够与硼进行包晶反应的添加剂的熔融铝合金与(ii)碳化硼颗粒的来源，以提供熔融复合材料。添加剂选自由铬、钼、钒、铌、锆、锶、钪以及其任何组合组成的群组。复合材料的样品在铸造之前已经被加热到约700℃的温度持续约120分钟之后具有流动性，对应于当使用具有用于容纳样品的凹槽的模具测量时至少100mm的铸造长度，这种凹槽的宽度为约33mm，高度介于约6.5mm与约4.0mm之间，并且从水平轴向下倾斜约10°。关于铸造长度、可以使用的添加剂的类型、添加剂的浓度、碳化硼颗粒的浓度、复合材料中钛的任选的存在的实施方案已经描述于上文并且应用于本文中。
根据第四个方面，本公开提供了一种促进包含铝、添加剂与硼之间的包晶反应的产物以及分散的碳化硼颗粒的熔融复合材料成形的方法。宽泛地说，这种方法包括组合(i)包含能够与硼进行包晶反应的添加剂的熔融铝合金与(ii)碳化硼颗粒的来源，以提供熔融复合材料。添加剂选自由铬、钼、钒、铌、锆、锶、钪以及其任何组合组成的群组。复合材料的样品在铸造之前已经被加热到约700℃的温度持续约120分钟之后具有流动性，对应于当使用具有用于容纳样品的凹槽的模具测量时至少100mm的铸造长度，这种凹槽的宽度为约33mm，高度介于约6.5mm与约4.0mm之间，并且从水平轴向下倾斜约10°。关于铸造长度、可以使用的添加剂的类型、添加剂的浓度、碳化硼颗粒的浓度、复合材料中钛的任选的存在的实施方案已经描述于上文并且应用于本文中。
附图说明
这样一般地描述了本发明的性质，现在将参考随附图式，其中：
图1示出了含有不同批次的B4C粉末的熔融铝混合物的流动性的损失。结果对于在735℃的初始温度下添加到熔融铝中的多个批次(A到E)的B4C粉末(30％v/v)以随着在熔炉中的保持时间(min)而变的流动性(以使用K模具测量的样品的铸造长度(mm)来测量)示出。示出了含有3.5％w/wTi的批次A(◆)、含有3.5％w/w Ti的批次B(■)、含有3.5％w/w Ti的批次C(▲)、含有3.0％w/w Ti的批次D(●)以及含有2.0％Ti w/w的批次E(○)的结果。
图2图解了可以用于测定复合材料的铸造长度的K模具的一个实施方案。(A)K模具的下部倾斜部分10的示意性侧立视图。(B)K模具的含凹槽部分40的示意性顶立视图。(C)K模具的含凹槽部分50的示意性剖视图。
具体实施方式
具有高B4C含量(例如，至少30％v/v)的硼金属基体复合物(MMC)的制造通常需要超凡质量的B4C粉末。高质量的B4C粉末具有良好的粒度分布并且具有最少的精细粉末样颗粒。一般来说，只有这种B4C粉末可以被大量并入到金属基体中。当B4C粉末不具有所述良好质量时，在熔融金属的保持时间内，即，在铸造之前，可以观测到流动性的显著损失。另外，增加熔融金属的保持温度并不补偿这种流动性损失，因为这可以有利于铝与B4C粉末之间的反应，从而进一步增加粘度(流动性损失)。在所述情形中，熔融金属表现为触变材料。
图1示出了在铸造之前，在熔融复合物的保持时间内流动性的损失。在工业环境中，对于一定量的时间来说需要一定的流动性以允许Al-B4C混合物的成形/铸造。图1中所示的曲线示出，制备复合材料所用的B4C粉末增加材料的粘度并且未能满足在工业环境中对于后续步骤(例如，成形)所需的流动性，甚至在钛存在下也如此。
根据本公开，提供了一种铸造Al-B4C复合材料，其包含铝、包晶反应的产物以及分散的碳化硼颗粒。复合材料是通过首先组合铝(或铝合金)与能够与碳化硼颗粒的硼进行包晶反应的添加剂(或添加剂的组合)并且最终提供在铝或铝合金中的所述包晶反应的产物来获得。在铝中(或铝合金中)已经包括添加剂后，将碳化硼颗粒与铝(或铝合金)组合，从而使添加剂与硼之间发生包晶反应。如本文所示，在铝/铝合金中使用添加剂(并且最终在复合材料中存在包晶反应产物)已经显示适用于维持熔融复合物的流动性并且像这样对熔融复合材料赋予良好的可铸性。在一些实施方案中，据信添加剂的使用抑制或减缓了在熔融复合物的保持期间产生的反应产物(例如，在Al与B4C之间或Al与B4C之间产生的反应产物)的形成。在其它实施方案中，已经显示添加剂可以用于限制所述复合材料中钛的使用，而基本上不改变其流动性。熔融复合材料的流动性的这种维持可以允许延长熔融混合物在熔炉中的保持时间，以为了使用更低等级的B4C来源以及为了促进所得金属基体复合物的成形和/或铸造。
在铸造之前，复合材料处于熔融状态并且具有流动性。在本文所描述的公开内容中，熔融复合材料在铸造之前具有允许在工业环境中铸造的流动性。为了测定熔融复合材料的流动性，可能使用K模具。在本领域中当前使用并已知的所述模具测量在固化前复合材料的样品的长度。用K模具测量的长度被称作铸造长度。
可以用于测定熔融复合材料的样品的流动性的K模具的一个实施方案示于图2中。K模具通常由两个可接合部分组成，下部倾斜部分010(如图2A中所示)和含凹槽部分040(如图2B和2C中所示)。当将样品插入到模具中时，倾斜部分010与含凹槽部分040接合。使样品沿着倾斜部分010并且在凹槽040内铸造直到其凝固。通常以毫米测量的样品所覆盖的长度是流动性的量度并且指的是铸造长度。
如图2A所示，下部倾斜部分通常是整块的并且包含具有平滑表面并且从水平轴020向下倾斜约10°的角030的平面015。平面015用于直接接触含凹槽部分040(图2B和2C所示)的外侧055并且用于为凹槽提供约10°的角。
含凹槽部分040是部分空心结构，其界定用于容纳熔融复合物的样品的可封闭凹槽050(图2B)。如图2B所示，含凹槽部分具有用于直接接触倾斜部分010的平面015的外侧055。在图2B所示的实施方案中，凹槽050含有两个不同区段：区段060和区段070(界定凸起)。在一些实施方案中，K模具包含至少四个区段070(例如，四个凸起)，位于距模具的起点(例如，样品开始接触倾斜平面015的位置)93mm、130mm、168mm和205mm的距离处。
图2C示出了可封闭凹槽050的放大图。区段060具有约6.5mm的类似高度061。高度061是由外壁055界定的长度之间的恒量。高度061是关于由倾斜平面015界定的轴080来测量(当含凹槽部分040与倾斜部分010接合时)。区段070也具有约4mm的类似高度071。高度071是由外壁055界定的长度之间的恒量。这个高度是关于由倾斜平面015界定的轴080来测量(当含凹槽部分040接合于倾斜部分010上时)。
在本公开的背景下，铸造复合材料优选地在铸造之前具有流动性，对应于至少100mm、至少120mm、至少140mm、至少160mm、至少180mm、至少190mm或至少200mm的铸造样品长度。可以将用于测定复合材料的流动性的样品在约700℃的温度下加热并持续约120分钟以再现工业铸造环境。
因此，本公开还提供了一种制造铸造复合材料的方法。为了这样做，将包含能够进行包晶反应的添加剂(或添加剂的组合)的熔融铝合金(也被称作铝基基体合金)与碳化硼的来源组合，以提供熔融复合物。如本公开中所示，熔融复合物的流动性与缺乏添加剂的类似熔融复合物相比可以被维持在可接受的工业水平下一段更长的时间。
在本文所描述的方法中，所使用的铝或铝合金以熔融形式提供。这样的话，铝或铝合金在与B4C颗粒组合之前优选地被加热到其熔融温度。在一个实施方案中，铝合金包含能够进行包晶反应的添加剂(在实施方案中基本上由其组成，并且在其它实施方案中由其组成)，其余基本上是铝或铝合金。不可避免或必然存在的杂质(每种杂质至多0.05％w/w)也可以存在于合金中(杂质总共为至多0.15％w/w)。示例性的铝合金包括(但不限于)来自11xx系列和来自6xxx系列的合金。在一些实施方案中，Ti可以包括在铝或铝合金中。在一个替代的实施方案中，如果Ti存在于铝或熔融铝合金中，那么其被认为是微量元素(例如，其浓度不超过必然存在的杂质的浓度)。
在一个实施方案中，复合材料包含介于4％与40％(v/v)之间的B4C颗粒，并且复合材料中添加剂(或添加剂的组合)的摩尔浓度介于0.01044与0.08351之间。在一些实施方案中，当Ti存在于复合材料中时，添加剂(或添加剂的组合)与Ti的组合摩尔浓度介于0.01044与0.08351之间。在一些实施方案中，复合材料中添加剂的浓度以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以介于0.47％到15.32％、0.47％到8.00％、0.90％到8.00％、0.95％到8.00％、1.00％到8.00％或1.10％到8.00％之间。在一些实施方案中，复合物中添加剂与Ti的组合浓度以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以介于0.47％到15.32％、0.47％到8.00％、0.90％到8.00％、0.95％到8.00％、1.00％到8.00％或1.10％到8.00％之间。
在另一个实施方案中，复合材料包含介于4.5％与18.9％(v/v)之间的B4C颗粒，并且复合材料中添加剂(或添加剂的组合)的摩尔浓度介于0.00835与0.04175之间。在一些实施方案中，当Ti存在于复合材料中时，添加剂(或添加剂的组合)与Ti的组合摩尔浓度介于0.00835与0.04175之间。在一些实施方案中，复合材料中添加剂的浓度以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以介于0.38％到7.68％、0.38％到4.00％、0.90％到4.00％、0.95％到4.00％、1.00％到4.00％或1.10％到4.00％之间。在一些实施方案中，复合物中添加剂与Ti的组合浓度以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以介于0.38％到7.68％、0.38％到4.00％、0.90％到4.00％、0.90％到4.00％、1.00％到4.00％或1.10％到4.00％之间。
在另一个实施方案中，复合材料包含介于19％与28％(v/v)之间的B4C颗粒，并且复合材料中添加剂(或添加剂的组合)的摩尔浓度介于0.03758与0.06263之间。在一些实施方案中，当Ti存在于复合材料中时，添加剂(或添加剂的组合)与Ti的组合摩尔浓度介于0.03758与0.06263之间。在一些实施方案中，复合材料中添加剂的浓度以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以介于1.69％到11.51％或1.69％到6.00％之间。在一些实施方案中，复合物中添加剂与Ti的组合浓度以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以介于1.69％到11.51％或1.69％到6.00％之间。
在另一个实施方案中，复合材料包含介于25％与28％(v/v)之间或介于28％与33％(v/v)之间的B4C颗粒，并且复合材料中添加剂(或添加剂的组合)的摩尔浓度介于0.02088与0.04175之间。在一些实施方案中，当Ti存在于复合材料中时，添加剂(或添加剂的组合)与Ti的组合摩尔浓度介于0.02088与0.04175之间。在一些实施方案中，复合材料中添加剂的浓度以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以介于0.94％到7.68％、0.94％到4.00％、0.95％到4.00％、1.00％到4.00％或1.10％到4.00％之间。在一些实施方案中，复合物中添加剂与Ti的组合浓度以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以介于0.94％到7.68％、0.94％到4.00％、0.95％到4.00％、1.00％到4.00％或1.10％到4.00％之间。
以重量百分比浓度或以某种摩尔浓度提供的添加剂的浓度，无论是参考铝合金还是总复合材料，应理解为包括所有形式的添加剂(包括可溶性添加剂、以金属互化物或难熔化合物形式从溶液中出来的过量添加剂，以及包括在含B包晶反应产物中的添加剂)。能够促使包晶反应的产物形成的添加剂可以按任何适宜的形式添加，包括母合金(例如，Al-10％添加剂母合金)或含添加剂颗粒或粉末。在一些实施方案中，可以考虑添加呈粉末形式的添加剂到可锻合金(包括AA1xxx、AA2xxx、AA3xxx、AA4xxx或AA6xxx)或铸造合金(包括AA2xx或AA3xx)中。
类似地，在前面的描述中给出的钛浓度或摩尔浓度，无论是参考铝合金还是总复合材料，代表了所有形式的钛(包括可溶性Ti、以金属互化物或难熔化合物形式从溶液中出来的过量Ti，以及Ti-B化合物)。钛可以按任何适宜的形式添加，包括母合金(例如，Al-10％Ti母合金)或含钛颗粒或粉末。在一些实施方案中，使用在铝合金中含有钛的AA1xxx合金可能是明智的。在替代或补充的实施方案中，可以考虑添加铝合金形式的钛，例如可锻合金(包括AA2xxx、AA3xxx、AA4xxx或AA6xxx)或铸造合金(包括AA2xx或AA3xx)。
在一些实施方案中，能够促使包晶反应的产物形成的添加剂可以是锆，并且铝合金可以包含或含有锆。在一些实施方案中，当Zr用作添加剂时，复合材料不包含Ti(如果存在的话，那么Ti被认为是微量元素)。在其它实施方案中，当Zr用作添加剂时，Ti可以存在于复合材料中。在包含介于4％与40％(v/v)之间的B4C颗粒的复合材料中，锆以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约0.95到约7.61重量％之间、介于约1.00到约7.61重量％之间或介于约1.10到约7.61重量％之间的浓度提供。在所述实施方案中，当Ti存在时，其以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约0.50到约4.00重量％之间、介于约0.90到约4.00重量％之间、介于约0.95到约4.00重量％之间、介于约1.00到约4.00重量％之间或介于约1.10到约4.00重量％之间的浓度提供。在包含介于4.5％与18.9％(v/v)之间的B4C颗粒的复合材料中，锆以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约0.76到约3.81重量％之间、介于约0.90到约3.81重量％之间、介于约0.95到约3.81重量％之间、介于约1.00到约3.81重量％之间或介于约1.10到约3.81重量％之间的浓度提供。在所述实施方案中，当Ti存在时，其以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约0.40到约2.00重量％之间、介于约0.90到约2.00重量％之间、介于约0.95到约2.00重量％之间、介于约1.00到约2.00重量％之间或介于约1.10到约2.00重量％之间的浓度提供。在包含介于19％与28％(v/v)之间的B4C颗粒的复合材料中，锆以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约3.43到约5.71重量％之间的浓度提供。在所述实施方案中，当Ti存在时，其以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约1.80到约3.00重量％之间的浓度提供。在包含介于25％与28％(v/v)或28％与33％之间的B4C颗粒的复合材料中，锆以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约1.90到约3.81重量％之间的浓度提供。在所述实施方案中，当Ti存在时，其以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约1.00到约2.00重量％之间或介于约1.10到约2.00重量％之间的浓度提供。应了解，在前面的描述中给出的锆浓度，无论是参考铝合金还是总复合材料，代表了所有形式的锆(包括可溶性Zr、以金属互化物或难熔化合物形式从溶液中出来的过量Zr，以及Zr-B化合物)。锆可以按任何适宜的形式添加，包括母合金(例如，Al-10％Zr母合金)或含锆颗粒或粉末。在一些实施方案中，使用在铝合金中含有锆的AA1xxx合金可能是明智的。在替代或补充的实施方案中，可以考虑添加铝合金形式的锆，例如可锻合金(包括AA2xxx、AA3xxx、AA4xxx或AA6xxx)或铸造合金(包括AA2xx或AA3xx)。
在一些实施方案中，能够促使包晶反应的产物形成的添加剂可以是锶，并且铝合金可以包含或含有与钛组合的锶。在包含介于4％与40％(v/v)之间的B4C颗粒的复合材料中，锶以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约0.91到约7.32重量％之间、介于约0.95到约7.32重量％之间、介于约1.00到约7.32重量％之间或介于约1.10到约7.32重量％之间的浓度提供，而钛以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约0.50到约4.00重量％之间、介于约0.90到约4.00重量％之间、介于约0.95到约4.00重量％之间、介于约1.00到约4.00重量％之间或介于约1.10到约4.00重量％之间的浓度提供。在包含介于4.5％与18.9％(v/v)之间的B4C颗粒的复合材料中，锶以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约0.73到约3.66重量％之间、介于约0.90到约3.66重量％之间、介于约0.95到约3.66重量％之间、介于约1.00到约3.66重量％之间或介于约1.10到约3.66重量％之间的浓度提供，而钛以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约0.40到约2.00重量％之间、介于约0.90到约2.00重量％之间、介于约0.95到约2.00重量％之间、介于约1.00到约2.00重量％之间或介于约1.10到约2.00重量％之间的浓度提供。在包含介于19％与28％(v/v)之间的B4C颗粒的复合材料中，锶以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约3.29到约5.49重量％之间的浓度提供，而钛以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约1.80到约3.00重量％之间的浓度提供。在包含介于25％与28％(v/v)之间或介于28％与33％之间的B4C颗粒的复合材料中，锶以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约1.83到约3.66重量％之间的浓度提供，而钛以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约1.00到约2.00重量％之间或介于约1.10到约2.00重量％之间的浓度提供。应了解，在前面的描述中给出的锶浓度，无论是参考铝合金还是总复合材料，代表了所有形式的锶(包括可溶性Sr、以金属互化物或难熔化合物形式从溶液中出来的过量Sr，以及Sr-B化合物)。锶可以按任何适宜的形式添加，包括母合金(例如，Al-10％Sr母合金)或含锶颗粒或粉末。在一些实施方案中，使用在铝合金中含有锶的AA1xxx合金可能是明智的。在替代或补充的实施方案中，可以考虑添加铝合金形式的锶，例如可锻合金(包括AA2xxx、AA3xxx、AA4xxx或AA6xxx)或铸造合金(包括AA2xx或AA3xx)。
在一些实施方案中，能够促使包晶反应的产物形成的添加剂可以是钪，并且铝合金可以包含或含有与钛组合的钪。在包含介于4％与40％(v/v)之间的B4C颗粒的复合材料中，钪以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约0.47到约3.75重量％之间、介于约0.90到约3.75重量％之间、介于约1.00到约3.75重量％之间或介于约1.10到约3.75重量％之间的浓度提供，而钛以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约0.50到约4.00之间、介于约0.90到约4.00之间、介于约0.95到约4.00之间、介于约1.00到约4.00之间或介于约1.10到约4.00之间的浓度提供。在包含介于4.5％与18.9％(v/v)之间的B4C颗粒的复合材料中，钪以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约0.38到约1.88重量％之间、介于约0.90到约1.88重量％之间、介于约1.00到约1.88重量％之间或介于约1.10到约1.88重量％之间的浓度提供，而钛以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约0.40到约2.00重量％之间、介于约0.90到约2.00重量％之间、介于约0.95到约2.00重量％之间、介于约1.00到约2.00重量％之间或介于约1.10到约2.00重量％之间的浓度提供。在包含介于19％与28％(v/v)之间的B4C颗粒的复合材料中，钪以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约1.69到约2.82重量％之间的浓度提供，而钛以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约1.80到约3.00重量％之间的浓度提供。在包含介于25％与28％(v/v)或28％与33％之间的B4C颗粒的复合材料中，钪以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约0.94到约1.88重量％之间、介于约1.00到约1.88重量％之间或介于约1.10到约3.88重量％之间的浓度提供，而钛以复合材料(包含B4C颗粒)的总重量计可以按介于约1.00到约2.00重量％之间或介于约1.10到约2.00重量％之间的浓度提供。应了解，在前面的描述中给出的钪浓度，无论是参考铝合金还是总复合材料，代表了所有形式的钪(包括可溶性Sc、以金属互化物或难熔化合物形式从溶液中出来的过量Sc，以及Sc-B化合物)。钪可以按任何适宜的形式添加，包括母合金(例如，Al-10％Sc母合金)或含钪颗粒或粉末。在一些实施方案中，使用在铝合金中含有钪的AA1xxx合金可能是明智的。在替代或补充的实施方案中，可以考虑添加铝合金形式的钪，例如可锻合金(包括AA2xxx、AA3xxx、AA4xxx或AA6xxx)或铸造合金(包括AA2xx或AA3xx)。
不希望受理论束缚，添加剂可以用于本文所描述的方法中以与具有相比与AlB2相关的生成焓负值更大的生成焓的B形成反应产物。举例来说，当钒用于包含钛的铝合金时，据信，不希望受理论束缚，这种添加将迫使与钛发生另一个反应。反应产物可以是如(Ti,V)B2的化合物。所述反应产物的形成将停止或减少含有钛的铝熔体与B4C颗粒之间的反应。本公开因此提供了添加能够促使包晶反应的产物形成的添加剂作为铝熔体与B4C颗粒之间的反应的抑制剂，以维持复合物的流动性直到复合物成形，优选地铸造为止。
预期在添加多种元素之后形成的反应产物的生成焓的理论计算是使用软件FactStageTM进行并且示于表1中。
表1.各种反应产物的生成焓的理论值。
所添加的元素 与B4C的包晶反应产物 生成焓(kJ/mol)
AlB2 -67
Cr CrB2 -94
Mo MoB2 -150
V VB2 -202
Ta TaB2 -222
Nb NbB2 -251
Ti TiB2 -280
Hf HfB2 -320
Zr ZrB2 -326
W W2B9 -375
在一个实施方案中，添加剂包括(但不限于)铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)、铌(Nb)、铪(Hf)、锆(Zr)、锶(Sr)、钪(Sc)、钽(Ta)、钨(W)以及其任何组合。在另一个实施方案中，添加剂包括(但不限于)(Mo)、钒(V)、铌(Nb)、铪(Hf)、锆(Zr)、锶(Sr)、钪(Sc)以及其任何组合。在另一个实施方案中，添加剂包括(但不限于)锆(Zr)、锶(Sr)、钪(Sc)以及其任何组合。在另一个实施方案中，添加剂包含Cr或由Cr组成。在另一个实施方案中，添加剂包含Mo或由Mo组成。在另一个实施方案中，添加剂包含V或由V组成。在另一个实施方案中，添加剂包含Nb或由Nb组成。在另一个实施方案中，添加剂包含Ta或由Ta组成。在另一个实施方案中，添加剂包含W或由W组成。在另一个实施方案中，添加剂包含Hf或由Hf组成。在另一个实施方案中，添加剂包含Zr或由Zr组成。在另一个实施方案中，添加剂包含Sr或由Sr组成。在另一个实施方案中，添加剂包含Sc或由Sc组成。在一个实施方案中，添加剂包含Zr与Sc的组合或由Zr与Sc的组合组成。在另一个实施方案中，添加剂包含Zr与Sr的组合或由Zr与Sr的组合组成。在另一个实施方案中，添加剂包含Sr与Sc的组合或由Sr与Sc的组合组成。在另一个实施方案中，添加剂包含Zr、Sr和Sc的组合或由Zr、Sr和Sc的组合组成。
为了提供熔融铝合金，将添加剂、任选的钛添加到熔融铝中或添加到熔融铝或熔融铝合金中。在一些实施方案中，考虑混合/搅拌熔融铝合金的元素以获得基本上均质的熔融铝合金。在替代或补充的实施方案中，考虑将热施加于熔融铝合金以获得基本上均质的熔融铝合金。
在一些实施方案中并且如上文所指示，可以使用含有钛的铝合金。在所述实施方案中，没有必要按特定的顺序添加钛和添加剂(或添加剂的组合)到铝或铝合金中。在一个实施方案中，首先添加钛到熔融铝/合金中，然后添加添加剂。在一个替代的实施方案中，首先添加添加剂到熔融铝/合金中，然后添加钛。在另一个实施方案中，同时添加钛和添加剂到熔融铝/合金中。
在提供熔融铝合金后，将其与碳化硼的来源(例如，碳化硼粉末(如自由流动粉末))组合以提供包含分散的碳化硼颗粒的熔融复合材料。在熔融复合材料中，应了解，铝合金(补充有添加剂和任选的钛)呈熔融形式，并且碳化硼颗粒呈固体形式并且至少部分与包晶反应的产物缔合。在一些实施方案中，添加碳化硼的来源(例如，碳化硼粉末)到本文所描述的熔融铝合金中可能是明智的。在一些实施方案中，考虑混合/搅拌熔融复合材料的元素以获得具有分散的含B4C颗粒的基本上均质的熔融复合材料。术语“分散的”意味着含B4C颗粒基本上均匀地分布于整个材料的基体中。在一些实施方案中，考虑以允许适当润湿复合材料中的B4C颗粒的方式进行混合/搅拌。
熔融复合材料由于包晶反应产物的存在而具有在工业环境中可经受铸造的流动性。流动性可以通过如本领域的技术人员已知的各种方式来测定。在一个实例中，用粘度计测量流动性。在另一个实例中，通过在模具中测量铸造样品的长度来评估流动性。为了这样做，可能在施加真空的在特定温度(例如，约700℃)下含有液态铝基混合物的反应器(例如，约35kg的容量)内添加一定量的B4C粉末。可以按固定的时间间隔(例如，每20分钟)使用具有预定长度的步进模来获得熔融金属与B4C粉末的混合物的样品。在一些实施方案中，可以使用K模具步进模。流动性以所得混合物在固化前所达到/覆盖的距离来定量。在一些实施方案中，K模具可以是石墨涂布的不锈钢步进模，其具有宽度为33mm(并且在一些实施方案中，最大长度为315mm)并且倾斜约10°的角的的样品接收腔室或凹槽。举例来说，在上文所描述的K模具中120分钟的保持时间之后达到100mm的距离的熔融复合材料被认为具有用于直接冷却铸造的合理流动性。在另一个实例中，在上文所描述的K模具中120分钟的保持时间之后达到190mm的距离的熔融复合材料被认为具有用于直接冷却铸造的极佳流动性。在一个实施方案中，复合材料的流动性在120分钟之后为190mm或更大。在其它实施方案中，复合材料的流动性在120分钟之后为200mm或更大。在一个实施方案中，熔融复合物的流动性当在约700℃的温度下120分钟的保持时间之后测量时为至少100mm。在实施方案，复合材料的流动性当在约700℃的温度下120分钟的保持时间之后测量时为至少105mm、110mm、115mm、120mm、125mm、130mm、135mm、140mm、145mm、150mm、155mm、160mm、165mm、170mm、175mm、180mm、181mm、182mm、183mm、184mm、185mm、186mm、187mm、188mm、189mm、190mm、191mm、192mm、193mm、194mm、195mm、196mm、197mm、198mm、199mm或200mm。在一些实施方案中，预期熔融复合物的流动性可以视保持时间和保持温度而变化。在其它实施方案中，在铝合金与碳化硼颗粒混合时不测量复合材料的流动性，但在已经形成包晶反应产物或甚至在特定温度(例如，保持温度)下并持续特定量的时间(例如，保持时间)保持熔融复合材料之后测量。
在实施方案中，考虑在特定温度下保持复合材料的样品以使得材料处于熔融状态。在特定实施方案中，在等于或高于约660℃、670℃、680℃、690℃、700℃、710℃、720℃、730℃、740℃、750℃、760℃、770℃、780℃、790℃或800℃的最低保持温度下保持复合材料。在特定实施方案中，在等于或低于约800℃、790℃、780℃、770℃、760℃、750℃、740℃、730℃、720℃、710℃、700℃、690℃、680℃、670℃或660℃的最高保持温度下保持复合材料。在替代的实施方案中，在范围介于如上文所定义的最低保持温度与如上文所定义的最高保持温度之间的温度下保持复合材料。
在一些实施方案中，考虑保持处于熔融状态的复合材料的样品持续特定的保持时间。在特定实施方案中，保持复合材料持续等于或高于约20分钟、30分钟、40分钟、50分钟、60分钟、70分钟、80分钟、90分钟、100分钟、110分钟、120分钟、130分钟、140分钟、150分钟、160分钟、170分钟、180分钟、190分钟或200分钟的最小保持时间。在特定实施方案中，保持复合材料持续等于或低于约200分钟、190分钟、180分钟、170分钟、160分钟、150分钟、140分钟、130分钟、120分钟、110分钟、100分钟、90分钟、80分钟、70分钟、60分钟、50分钟、40分钟、30分钟或20分钟的最大保持时间。在替代的实施方案中，特定的保持时间范围介于如上文所定义的最小保持时间与如上文所定义的最大保持时间之间。
在一些实施方案中，考虑在特定的铸造时间内铸造复合材料。在特定实施方案中，铸造复合材料持续等于或高于约20分钟、30分钟、40分钟、50分钟、60分钟、70分钟、80分钟、90分钟、100分钟、110分钟、120分钟、130分钟、140分钟、150分钟、160分钟、170分钟、180分钟、190分钟或200分钟的最小铸造时间。在特定实施方案中，铸造复合材料持续等于或低于约200分钟、190分钟、180分钟、170分钟、160分钟、150分钟、140分钟、130分钟、120分钟、110分钟、100分钟、90分钟、80分钟、70分钟、60分钟、50分钟、40分钟、30分钟或20分钟的最大铸造时间。在替代的实施方案中，特定的铸造时间范围介于如上文所定义的最小铸造时间与如上文所定义的最大铸造时间之间。
熔融复合物可经受任何形式的铸造(包括方坯或厚板的DC铸造)、铸造锭坯用于将来重熔和铸造以及使用任何适宜形式的成形铸造铸造成形状。可以进一步加工铸造复合物并且非常适于进一步操作，如(a)重熔和铸造形状，(b)挤出，以及(c)轧制或(d)锻造。
本文所描述的方法可以用于制备任何形状的铝碳化硼复合材料，特别是含有高水平的B4C的那些。有利地，在一些实施方案中，在添加剂存在下可以使用更低等级的B4C粉末，而不会显著改变熔融Al-Ti-B4C复合物的流动性。
本发明通过参考以下实施例将更容易理解，给出这些实施例以说明本发明而不是限制其范围。
实施例I
在765℃的温度下在反应器中熔融初级铝金属合金(AA1100)。添加Ti，然后添加Sr。此后，将B4C颗粒注入到熔体中。Ti和Sr的最终浓度都为1.65重量％。B4C颗粒的最终浓度为28体积％。
在约700℃的温度下保持最终混合物，并且每20分钟获得两个流动性样品。流动性测量值示于表2中。
表2.由实施例I得到的流动性测量值。
时间(min) 流动性测量值#1(mm) 流动性测量值#2(mm)
5 161 170
20 179 172
47 185 194
65 199 193
80 186 180
100 180 186
120 205 191
表2中所示的结果指示，在120分钟的保持时间之后，流动性高于190mm，从而允许复合材料的工业铸造。
实施例II
在765℃的温度下在反应器中熔融初级铝金属合金(AA1100)。添加Zr。此后，将B4C颗粒注入到熔体中。Zr的最终浓度为3.8重量％。B4C颗粒的最终浓度为19体积％。
在约700℃的温度下保持最终混合物，并且按多种时间间隔获得两个流动性样品。所得流动性测量值示于表3中。
表3.由实施例II得到的流动性测量值。
时间(min) 流动性测量值(mm)
10 260
20 280
40 295
60 306
80 291
100 200
120 210
表3中所示的结果指示，在120分钟的保持时间之后，流动性高于190mm，从而允许复合材料的工业铸造。
虽然本发明已经结合其特定实施方案加以描述，但应了解，权利要求书的范围不应受实施例中所阐述的优选实施方案所限制，而应以与整体描述一致的最宽泛的解释给出。

Claims (46)

1.一种铸造复合材料，其包含(i)铝，(ii)添加剂与硼之间的包晶反应的产物，(iii)分散的碳化硼颗粒，以及(iv)任选的钛，其中：
·所述添加剂选自由铬、钼、钒、铌、锆、锶、钪以及其任何组合组成的群组；并且
·所述复合材料的样品在铸造之前已经被加热到约700℃的温度持续约120分钟之后具有流动性，对应于当使用具有用于容纳所述样品的凹槽的模具测量时至少100mm的铸造长度，所述凹槽的宽度为约33mm，高度介于约6.5mm与约4.0mm之间，并且从水平轴向下倾斜约10°。
2.如权利要求1所述的铸造复合材料，其中所述铸造长度为至少190mm。
3.如权利要求1或2所述的铸造复合材料，其中所述铸造复合材料在保持时间内被保持并且在铸造时间内被铸造，并且其中所述保持时间与所述铸造时间的组合为至少120分钟。
4.如权利要求1到3中任一项所述的铸造复合材料，其中所述添加剂选自由锆、锶、钪以及其任何组合组成的群组。
5.如权利要求1到3中任一项所述的铸造复合材料，其中所述添加剂是钪。
6.如权利要求1到3中任一项所述的铸造复合材料，其中所述添加剂是锶。
7.如权利要求1到3中任一项所述的铸造复合材料，其中所述添加剂是锆。
8.如权利要求1到7中任一项所述的铸造复合材料，其中所述分散的碳化硼颗粒的浓度(v/v)以所述铸造复合材料的总体积计介于4％与40％之间。
9.如权利要求8所述的铸造复合材料，其中所述添加剂的浓度(w/w)以所述铸造复合材料的总重量计介于0.47％与8.00％之间。
10.如权利要求9所述的铸造复合材料，其进一步包含以所述铸造复合材料的总重量计浓度(w/w)介于0.50％与4.00％之间的钛。
11.如权利要求1到7中任一项所述的铸造复合材料，其中所述分散的碳化硼颗粒的浓度(v/v)以所述铸造复合材料的总体积计介于4.5％与18.9％之间。
12.如权利要求11所述的铸造复合材料，其中所述添加剂的浓度(w/w)以所述铸造复合材料的总重量计介于0.38％与4.00％之间。
13.如权利要求12所述的铸造复合材料，其进一步包含以所述铸造复合材料的总重量计浓度(w/w)介于0.40％与2.00％之间的钛。
14.如权利要求1到7中任一项所述的铸造复合材料，其中所述分散的碳化硼颗粒的浓度(v/v)以所述铸造复合材料的总体积计介于19.0％与28.0％之间。
15.如权利要求14所述的铸造复合材料，其中所述添加剂的浓度(w/w)以所述铸造复合材料的总重量计介于1.69％与6.00％之间。
16.如权利要求15所述的铸造复合材料，其进一步包含以所述铸造复合材料的总重量计浓度(w/w)介于1.80％与3.00％之间的钛。
17.如权利要求1到7中任一项所述的铸造复合材料，其中所述分散的碳化硼颗粒的浓度(v/v)以所述铸造复合材料的总体积计介于25.0％与28.0％之间。
18.如权利要求1到7中任一项所述的铸造复合材料，其中所述分散的碳化硼颗粒的浓度(v/v)以所述铸造复合材料的总体积计介于28.0％与33.0％之间。
19.如权利要求17或18所述的铸造复合材料，其中所述添加剂的浓度(w/w)以所述铸造复合材料的总重量计介于0.94％与4.00％之间。
20.如权利要求19所述的铸造复合材料，其进一步包含以所述铸造复合材料的总重量计浓度(w/w)介于1.00％与2.00％之间的钛。
21.一种制备铸造复合材料的方法，所述方法包括：
(a)组合(i)包含能够与硼进行包晶反应的添加剂和任选的钛的熔融铝合金与(ii)碳化硼颗粒的来源，以提供包含所述添加剂与硼之间的所述包晶反应的产物和分散的碳化硼颗粒的熔融复合材料，其中：
·所述添加剂选自由铬、钼、钒、铌、锆、锶、钪以及其任何组合组成的群组；并且
·所述复合材料的样品在铸造之前已经被加热到约700℃的温度持续约120分钟之后具有流动性，对应于当使用具有用于容纳所述样品的凹槽的模具测量时至少100mm的铸造长度，所述凹槽的宽度为约33mm，高度介于约6.5mm与约4.0mm之间，并且从水平轴向下倾斜约10°；以及
(b)铸造所述熔融复合物以形成所述铸造复合材料。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述铸造长度为至少190mm。
23.如权利要求21或22所述的方法，其进一步包括在步骤(b)之前，在保持时间内保持所述熔融复合材料并且在铸造时间内铸造所述熔融复合物，其中所述保持时间与所述铸造时间的组合为至少120分钟。
24.如权利要求21到23中任一项所述的方法，其进一步包括在步骤(a)之前，通过组合熔融铝或熔融铝合金与所述添加剂来提供所述熔融铝合金。
25.如权利要求21到24中任一项所述的方法，其中所述添加剂选自由锆、锶、钪以及其任何组合组成的群组。
26.如权利要求21到24中任一项所述的方法，其中所述添加剂是钪。
27.如权利要求21到24中任一项所述的方法，其中所述添加剂是锶。
28.如权利要求21到24中任一项所述的方法，其中所述添加剂是锆。
29.如权利要求21到28中任一项所述的方法，其中所述分散的碳化硼颗粒的浓度(v/v)以所述铸造复合材料的总体积计介于4％与40％之间。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述添加剂的浓度(w/w)以所述铸造复合材料的总重量计介于0.47％与8.00％之间。
31.如权利要求30所述的方法，其进一步包括以所述铸造复合材料的总重量计浓度(w/w)介于0.50％与4.00％之间的钛。
32.如权利要求21到28中任一项所述的方法，其中所述分散的碳化硼颗粒的浓度(v/v)以所述铸造复合材料的总体积计介于4.5％与18.9％之间。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述添加剂的浓度(w/w)以所述铸造复合材料的总重量计介于0.38％与4.00％之间。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述复合材料进一步包含以所述铸造复合材料的总重量计浓度(w/w)介于0.40％与2.00％之间的钛。
35.如权利要求21到28中任一项所述的方法，其中所述分散的碳化硼颗粒的浓度(v/v)以所述铸造复合材料的总体积计介于19.0％与28.0％之间。
36.如权利要求35所述的方法，其中所述添加剂的浓度(w/w)以所述铸造复合材料的总重量计介于1.68％与6.00％之间。
37.如权利要求36所述的方法，其中所述复合材料进一步包含以所述铸造复合材料的总重量计浓度(w/w)介于1.80％与3.00％之间的钛。
38.如权利要求21到28中任一项所述的方法，其中所述分散的碳化硼颗粒的浓度(v/v)以所述铸造复合材料的总体积计介于25.0％与28.0％之间。
39.如权利要求21到28中任一项所述的方法，其中所述分散的碳化硼颗粒的浓度(v/v)以所述铸造复合材料的总体积计介于28.0％与33.0％之间。
40.如权利要求38或39所述的方法，其中所述添加剂的浓度(w/w)以所述铸造复合材料的总重量计介于0.94％与4.00％之间。
41.如权利要求40所述的方法，其中所述复合材料进一步包含以所述铸造复合材料的总重量计浓度(w/w)介于1.00％与2.00％之间的钛。
42.一种铸造复合材料，其通过如权利要求21到41中任一项所述的方法获得。
43.一种改善熔融复合材料的铸造和/或成形特性的方法，所述熔融复合材料包含(i)铝，(ii)添加剂与硼之间的包晶反应的产物，(iii)分散的碳化硼颗粒，以及(iv)任选的钛，所述方法包括组合(a)包含能够与硼进行所述包晶反应的所述添加剂的熔融铝合金与(b)碳化硼颗粒的来源，以提供熔融复合材料，其中：
·所述添加剂选自由铬、钼、钒、铌、锆、锶、钪以及其任何组合组成的群组；并且
·所述复合材料的样品在铸造之前已经被加热到约700℃的温度持续约120分钟之后具有流动性，对应于当使用具有用于容纳所述样品的凹槽的模具测量时至少100mm的铸造长度，所述凹槽的宽度为约33mm，高度介于约6.5mm与约4.0mm之间，并且从水平轴向下倾斜约10°。
44.如权利要求43所述的方法，其中所述铸造长度为至少190mm。
45.一种促进熔融复合材料成形的方法，所述熔融复合材料包含(i)铝，(ii)添加剂与硼之间的包晶反应的产物，(iii)分散的碳化硼颗粒，以及(iv)任选的钛，所述方法包括组合(a)包含能够与硼进行所述包晶反应的所述添加剂的熔融铝合金与(b)碳化硼颗粒的来源，以提供熔融复合材料，其中：
·所述添加剂选自由铬、钼、钒、铌、锆、锶、钪以及其任何组合组成的群组；并且
·所述复合材料的样品在铸造之前已经被加热到约700℃的温度持续约120分钟之后具有流动性，对应于当使用具有用于容纳所述样品的凹槽的模具测量时至少100mm的铸造长度，所述凹槽的宽度为约33mm，高度介于约6.5mm与约4.0mm之间，并且从水平轴向下倾斜约10°。
46.如权利要求45所述的方法，其中所述铸造长度为至少190mm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2818566T3 (es) 2015-05-01 2021-04-13 Univ Du Quebec A Chicoutimi Material compuesto que tiene propiedades mecánicas mejoradas a temperaturas elevadas

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2491429A1 (en) * 2002-04-10 2003-10-23 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration (Nasa) High strength aluminum alloy for high temperature applications
CN1708597A (zh) * 2002-10-25 2005-12-14 艾尔坎国际有限公司 改进的铝合金－碳化硼复合材料
CN101001968A (zh) * 2004-04-22 2007-07-18 艾尔坎国际有限公司 用于Al－B4C复合材料的改进的再循环方法
US20090263277A1 (en) * 2008-04-18 2009-10-22 United Technologies Corporation Dispersion strengthened L12 aluminum alloys

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3178807A (en) * 1961-10-05 1965-04-20 Du Pont Cermet of aluminum with boron carbide or silicon carbide
IL86947A (en) * 1987-07-15 1992-08-18 Lanxide Technology Co Ltd Process for preparing self-supporting bodies and products made thereby
US5700962A (en) * 1996-07-01 1997-12-23 Alyn Corporation Metal matrix compositions for neutron shielding applications
CA2357323A1 (en) * 2000-09-12 2002-03-12 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minist Of Natural Resources Canada Hybrid metal matrix composites
DE102005046766B3 (de) * 2005-09-29 2007-04-05 Airbus Deutschland Gmbh Leitungshalterung in einem Flugzeug
CN200948493Y (zh) * 2006-09-04 2007-09-19 包头铝业股份有限公司 铝板锭铸造设备
US8758529B2 (en) * 2010-06-30 2014-06-24 GM Global Technology Operations LLC Cast aluminum alloys

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2491429A1 (en) * 2002-04-10 2003-10-23 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration (Nasa) High strength aluminum alloy for high temperature applications
CN1643171A (zh) * 2002-04-10 2005-07-20 美国国家航空暨太空总署 高温应用中的高强度铝合金
CN1708597A (zh) * 2002-10-25 2005-12-14 艾尔坎国际有限公司 改进的铝合金－碳化硼复合材料
CN101001968A (zh) * 2004-04-22 2007-07-18 艾尔坎国际有限公司 用于Al－B4C复合材料的改进的再循环方法
US20090263277A1 (en) * 2008-04-18 2009-10-22 United Technologies Corporation Dispersion strengthened L12 aluminum alloys

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J.LAI等: "《Effect of Sc, Zr, and Ti on the interfacial reaction of the B4C/Al system》", 《J MATER SCI》 *
Z.ZHANG等: "《Effect of titanium on microstructure and fluidity of Al-B4C composites》", 《J MAT SCI》 *

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