CN104962772B - 一种制备原位Al3Ti颗粒增强Al‑Si‑Cu复合材料的方法 - Google Patents

一种制备原位Al3Ti颗粒增强Al‑Si‑Cu复合材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104962772B
CN104962772B CN201510292219.8A CN201510292219A CN104962772B CN 104962772 B CN104962772 B CN 104962772B CN 201510292219 A CN201510292219 A CN 201510292219A CN 104962772 B CN104962772 B CN 104962772B
Authority
CN
China
Prior art keywords
melt
ultrasonic
powder
amount added
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510292219.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104962772A (zh
Inventor
闫洪
熊俊杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang University
Original Assignee
Nanchang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang University filed Critical Nanchang University
Priority to CN201510292219.8A priority Critical patent/CN104962772B/zh
Publication of CN104962772A publication Critical patent/CN104962772A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104962772B publication Critical patent/CN104962772B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

一种制备原位Al3Ti颗粒增强Al‑Si‑Cu复合材料的方法，将冰晶石粉与钛粉按1.1~1.5:1的质量比均匀混合、烘干；将Al‑Si‑Cu铝合金锭放入石墨坩埚过热至800~820℃，再将预热过的超声变幅杆探头置于熔体中，对熔体间歇超声，每次1~2s，每次超声释放2.0~2.5s，超声功率1.0~2.0kw，频率20kHz，总时间3~9min，超声的同时每隔30~40s用钟罩将铝箔包覆的冰晶石粉与钛粉混合粉末分批压入熔体，加入总量占铝合金熔体质量2.1wt.%~15.0wt.%，每批加入量为总加入量的10wt.%~15wt.%，边超声边搅拌，超声结束后立即精炼、扒渣、浇入预热金属模具内，冷却后取样。本发明工艺操作简便，成本也低，安全可靠，复合材料组织显著改善，晶粒为细小枝晶状、蔷薇状甚至近球状，Al3Ti增强相呈细小块状、颗粒状，尺寸达亚微米级，分布较弥散。

Description

一种制备原位Al3Ti颗粒增强Al-Si-Cu复合材料的方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域。
背景技术
利用原位合成法来制备铝基复合材料现已成为诸多学者研究的热点。而复合材料凝固组织中增强相的形貌、尺寸、分布状况对材料性能均有较大的影响，所以如何在铝合金基体中获得细小、均匀分布的增强颗粒及良好的微观组织对提高复合材料的力学性能至关重要。未经超声处理制备的复合材料组织粗大、颗粒分散性不好，尺寸也较大，而高能超声作为一种熔体处理工艺，可以起到均匀化组织、细化增强颗粒的作用，从而在一定程度上提高材料的综合性能。因此，如何有效地将原位合成工艺与超声技术相结合来制备性能较好的复合材料已成为一大研究热点。而Al3Ti是一种非常理想的原位增强相，具有密度低、熔点高、弹性模量高、高温抗氧化性能好、热膨胀系数与基体合金的差别小等优点。有研究表明，在熔体中施加超声会产生瞬时的局部高温和高压，而长时间连续超声会使熔体附加的热影响更大，整体熔体温度的上升可能会带来一些有害的化学反应，这将导致熔体质量的恶化。同时，由于连续超声导致熔体温度的持续上升，使得熔体粘度下降，在连续超声作用下原来已经被分散的Al-Ti原子团会由于强烈的碰撞重新聚集，最终导致Al3Ti颗粒的偏聚、粘结。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备原位Al3Ti颗粒增强Al-Si-Cu复合材料的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的制备方法按如下步骤。
首先将冰晶石粉与钛粉按1.1~1.5:1的质量比均匀混合、烘干备用；将Al-Si-Cu铝合金锭放入石墨坩埚内过热至800~820℃，再将预热过的超声变幅杆探头置于熔体中，对熔体施加间歇超声，每次超声间隔时间为1~2s，每次超声释放时间为2.0~2.5s，超声功率为1.0~2.0kw，超声频率为20kHz，超声总时间为3~9min，超声的同时每隔30~40s时间用钟罩将铝箔包覆的上述冰晶石粉与钛粉混合粉末分批压入熔体，加入总量占铝合金熔体质量的2.1wt.%~15.0wt.%，每小批的加入量按总加入量质量分数的10wt.%~15wt.%计算，边超声边用石墨棒搅拌，超声结束后立即精炼、扒渣、浇入预热金属模具内，待冷却后取样。
将钛粉和冰晶石粉按一定的比例加入Al-Si-Cu合金熔体中能更好地合成Al3Ti增强相，熔体中发生的主要化学反应有：3Al + Ti = Al3Ti，2Na3AlF6 + Al2O3 = 3Na2O + 4Al+ 6F2↑。冰晶石的加入主要有两个作用：一方面它与钛粉均匀混合加大了反应物的体积，从而增加了钛粉与铝液的接触面积，相对改善了混合物在熔体中的均匀分散性，使反应更充分；另一方面它还能消除铝液表面因氧化产生的氧化铝薄膜，增加熔体的流动性，从而加快原位反应的进程。而间歇式超声又有效防止了超声对熔体的附加热影响，避免了已经被分散的Al-Ti原子团的团聚，从而达到分散均匀的目的。本发明将钛粉和冰晶石粉作为反应体系，将高能间歇超声处理技术与原位合成技术相结合制备了Al3Ti颗粒增强铝基复合材料。
本发明得到的复合材料组织得到了显著的改善，晶粒由原来的粗大树枝状变为了细小枝晶状、蔷薇状甚至近球状，而生成的Al3Ti增强相呈细小块状、颗粒状，尺寸达到亚微米级，分布也较弥散，这将有利于提高铸件的综合性能。而且此工艺操作简便，成本也低，安全可靠。
附图说明
图1为本发明实施例2条件下制备的原位Al3Ti颗粒增强铝基复合材料的光学显微组织形貌。
具体实施方式
本发明将通过以下实施实例作进一步说明。
以下实施例所用Al-Si-Cu合金，其中Si的质量百分比为10.5%~11.5%，Cu的质量百分比为3.0%~3.5%，余量为Al。
实施例1。
首先将冰晶石粉与钛粉按1.1:1的质量比均匀混合、烘干备用；将Al-Si-Cu铝合金锭放入石墨坩埚内过热至800℃，再将预热过的超声变幅杆探头置于熔体中，对熔体施加间歇超声，每次超声间隔时间为2s，每次超声释放时间为2.0s，超声功率为1.0kw，超声频率为20kHz超声总时间为3min，超声的同时每隔30s用钟罩将铝箔包覆的上述冰晶石粉与钛粉混合粉末（加入总量占铝合金熔体质量的2.1wt.%）分批压入熔体，每小批的加入量按总加入量质量分数的10wt.%计算，边超声边用石墨棒搅拌，超声结束后立即精炼、扒渣、浇入预热金属模具内，待冷却后取样。
实施例2。
首先将冰晶石粉与钛粉按1.2:1的质量比均匀混合、烘干备用；将Al-Si-Cu铝合金锭放入石墨坩埚内过热至820℃，再将预热过的超声变幅杆探头置于熔体中，对熔体施加间歇超声，每次超声间隔时间为1.5s，每次超声释放时间为2.5s，超声功率为1.5kw，超声频率为20kHz，超声总时间为6min，超声的同时每隔32s用钟罩将铝箔包覆的一定量的备用混合粉末（加入总量占铝合金熔体质量的6.6wt.%）分批压入熔体，每小批的加入量按总加入量质量分数的12wt.%计算，边超声边用石墨棒搅拌，超声结束后立即精炼、扒渣、浇入预热金属模具内，待冷却后取样，见附图1。从附图1中可以看出，复合材料显微组织得到了显著的改善，晶粒变为了细小枝晶状、蔷薇状、颗粒状甚至近球状，分布也十分均匀，而且生成的Al3Ti颗粒尺寸细小，达到亚微米级别，弥散分布于基体中，这将较大程度地提高铸件的综合性能。
实施例3。
首先将冰晶石粉与钛粉按1.4:1的质量比均匀混合、烘干备用；将Al-Si-Cu铝合金锭放入石墨坩埚内过热至810℃，再将预热过的超声变幅杆探头置于熔体中，对熔体施加间歇超声，每次超声间隔时间为2s，每次超声释放时间为2.2s，超声功率为1.5kw，超声频率为20kHz，超声总时间为7min，超声的同时每隔38s用钟罩将铝箔包覆的一定量的备用混合粉末（加入总量占铝合金熔体质量的12.0wt.%）分批压入熔体，每小批的加入量按总加入量质量分数的15wt.%计算，边超声边用石墨棒搅拌，超声结束后立即精炼、扒渣、浇入预热金属模具内，待冷却后取样。
实施例4。
首先将冰晶石粉与钛粉按1.5:1的质量比均匀混合、烘干备用；将Al-Si-Cu铝合金锭放入石墨坩埚内过热至820℃，再将预热过的超声变幅杆探头置于熔体中，对熔体施加间歇超声，每次超声间隔时间为1s，每次超声释放时间为2.5s，超声功率为2.0kw，超声频率为20kHz，超声总时间为9min，超声的同时每隔40s用钟罩将铝箔包覆的一定量的备用混合粉末（加入总量占铝合金熔体质量的15.0wt.%）分批压入熔体，每小批的加入量按总加入量质量分数的10wt.%计算，边超声边用石墨棒搅拌，超声结束后立即精炼、扒渣、浇入预热金属模具内，待冷却后取样。
实践证明，利用上述工艺制备的Al3Ti颗粒增强Al-Si-Cu合金基复合材料的抗拉强度比基体合金的提高了8.7%~41.6%左右，性能远优于在常规铸造条件下制备的此种复合材料。在实施实例2条件下制备的Al3Ti颗粒得到了较大程度的细化，其抗拉强度达到248.53MPa，延伸率达到2.36%，比未施加超声的复合材料分别提高了21.9%、53.2%。

Claims (1)

1.一种制备原位Al3Ti颗粒增强Al-Si-Cu复合材料的方法，其特征是将冰晶石粉与钛粉按1.1~1.5:1的质量比均匀混合、烘干备用；将Al-Si-Cu铝合金锭放入石墨坩埚内过热至800~820℃，再将预热过的超声变幅杆探头置于熔体中，对熔体施加间歇超声，每次超声间隔时间为1~2s，每次超声释放时间为2.0~2.5s，超声功率为1.0~2.0kw，超声频率为20kHz，超声总时间为3~9min，超声的同时每隔30~40s时间用钟罩将铝箔包覆的上述冰晶石粉与钛粉混合粉末分批压入熔体，加入总量占铝合金熔体质量的2.1wt.%~15.0wt.%，每小批的加入量按总加入量质量分数的10wt.%~15wt.%计算，边超声边用石墨棒搅拌，超声结束后立即精炼、扒渣、浇入预热金属模具内，待冷却后取样，所述Al-Si-Cu合金中Si的质量百分比为10.5%~11.5%，Cu的质量百分比为3.0%~3.5%, 余量为Al。
CN201510292219.8A 2015-06-02 2015-06-02 一种制备原位Al3Ti颗粒增强Al‑Si‑Cu复合材料的方法 Expired - Fee Related CN104962772B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510292219.8A CN104962772B (zh) 2015-06-02 2015-06-02 一种制备原位Al3Ti颗粒增强Al‑Si‑Cu复合材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510292219.8A CN104962772B (zh) 2015-06-02 2015-06-02 一种制备原位Al3Ti颗粒增强Al‑Si‑Cu复合材料的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104962772A CN104962772A (zh) 2015-10-07
CN104962772B true CN104962772B (zh) 2017-07-11

Family

ID=54216855

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510292219.8A Expired - Fee Related CN104962772B (zh) 2015-06-02 2015-06-02 一种制备原位Al3Ti颗粒增强Al‑Si‑Cu复合材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104962772B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109797318B (zh) * 2019-04-01 2021-08-20 重庆大学 一种制备Al3Ti增强铝基材料的方法
CN112501468B (zh) * 2020-05-22 2022-04-22 武汉南瑞电力工程技术装备有限公司 一种碳纳米管增强铝基复合材料的熔炼工艺
CN112195358A (zh) * 2020-10-14 2021-01-08 广东省科学院材料与加工研究所 一种铝基合金、铝基复合材料及其制备方法与应用

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101831564B (zh) * 2010-04-29 2011-12-21 南昌大学 一种用原位反应制备TiAl3增强铝基复合材料的方法
CN101880783B (zh) * 2010-06-03 2012-02-08 南昌大学 一种TiAl3增强铝基复合材料的制备方法
CN102586635B (zh) * 2011-12-13 2015-01-28 南昌大学 一种原位Al2O3颗粒增强Al-Si-Cu复合材料半固态浆料的制备方法
CN104164583B (zh) * 2014-08-18 2016-06-29 南昌大学 一种原位合成制备铝基复合材料的方法
CN104313384B (zh) * 2014-09-30 2017-05-24 南昌大学 一种原位Al3Ti金属间化合物颗粒增强铝基复合材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104962772A (zh) 2015-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gupta et al. Strengthening mechanisms in ultrasonically processed aluminium matrix composite with in-situ Al3Ti by salt addition
Gao et al. Preparation of in-situ 5 vol% TiB2 particulate reinforced Al–4.5 Cu alloy matrix composites assisted by improved mechanical stirring process
CN102108455B (zh) 铝基复合材料的制备方法
US9222158B2 (en) Method of producing particulate-reinforced composites and composites produced thereby
CN110747361A (zh) 基于超声和机械搅拌的硼化钛增强铝基复合材料制备方法
CN102199713A (zh) 长寿命、抗衰退Al-Si合金晶粒细化剂及其制备方法
CN110964933B (zh) 一种石墨烯/铝及铝合金复合材料的制备方法
CN104962772B (zh) 一种制备原位Al3Ti颗粒增强Al‑Si‑Cu复合材料的方法
CN102787265A (zh) 一种原位Mg2Si颗粒增强Mg-Al-Mn-Zn复合材料的组织细化方法
VG Effect of ultrasonic treatment during stir casting on mechanical properties of AA6063-SiC composites
CN107034374B (zh) 一种氟盐反应法制备Al-5Ti-1B中间合金的方法
CN104313384B (zh) 一种原位Al3Ti金属间化合物颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN109371276A (zh) 批量熔铸制备石墨烯增强铝合金基纳米复合材料的方法
CN107400808A (zh) 一种Al‑Ti‑C‑Nb中间合金及其制备方法和应用
CN104532046A (zh) 一种基于超声及机械振动复合制备纳米氮化铝增强铝基复合材料半固态浆料的方法
CN104164583B (zh) 一种原位合成制备铝基复合材料的方法
Bajpai et al. Development of Al 7075 alloy with nano SiC composites through ultrasonic assisted stir casting techniques and mechanical testing of properties
CN102899517B (zh) 原位SiC-TiC颗粒混合增强铝基复合材料及其制备工艺
CN109957685A (zh) 一种高分散TiB2/A356复合材料制备方法
CN109439973B (zh) 一种基于多相混杂尺度陶瓷颗粒的铝硅合金及其制备方法
CN101748300A (zh) 一种Mg2Si增强镁基复合材料的制备方法
CN110229977A (zh) 一种颗粒增强高铝硅基复合材料的制备方法
CN106244867B (zh) 纳米TiN颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN108425028B (zh) 一种无Al3Ti相Al-Ti-C中间合金的制备方法
Rao et al. Rheological model of semisolid Mg2Si/AM60 composites prepared by ultrasonic vibration treatment

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170711