CN107641743A - 一种纳米碳化钛增强铝硅基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种纳米碳化钛增强铝硅基复合材料及其制备方法,步骤:将纳米碳化钛粉末与铝粉投入球磨机中球磨,得到纳米铝‑碳化钛粉末;将铝锭放入熔炼炉中加热,再向熔炼炉加入铝硅中间合金和镁块,而后加入纳米铝‑碳化钛粉末搅拌,降温,加入精炼剂清渣除气且对熔液取样分析及调整化学元素的含量为:6.5‑7.5%的硅、0.25‑0.45%的镁和0.2‑1%的纳米碳化钛,余量为铝,静置,扒渣,浇注成型,得到待后处理坯;将待后处理坯投入加热炉进行固溶处理,固溶处理结束后进行水淬,水淬后进行时效处理,得到纳米碳化钛增强铝硅基复合材料。能满足航空航天和电子等领域更广泛的使用要求并且得以拓展用途;制备方法简捷、成本低。

Description

一种纳米碳化钛增强铝硅基复合材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于金属基复合材料及其制备技术领域,具体涉及一种纳米碳化钛增强铝 硅基复合材料,并且还涉及其制备方法。
背景技术
[0002]铝硅合金金属属于铸铝合金的一种,是目前使用最为广泛的铝合金,尤其被应用 于与航空航天、交通运输和电子等领域。随着航空航天等技术的发展,对铝硅合金的性能特 别是屈服强度、抗拉强度和延伸率提出了更高的要求,因此开发得以全面提升前述性能的 铝硅合金材料具有积极意义。
[0003]在公开的中国专利文献中可见诸铝硅合金材料的技术信息,如文献 A.CN102965551A推荐有“一种过共晶铝硅合金及其制备方法”,化学元素及其重量%比为:硅 16-19%、铜 3-4%、镁 0 • 4-0 • 7%、镍 1-2%、稀土 ReO • 4-1 • 2%、磷0 • 00卜0 • 006%、铁 <0 • 4%,余量为 铝;文献B• CN104264016B提供有“一种铝硅合金材料及其制备方法”,化学元素及其质量%含 量为:15-20wt%的硅、0.2-0.5 wt%的混合稀土,余量为铝和不可避免的杂质;文献 C_CNl〇63l9297A介绍有“一种高强度共晶铝硅合金及其制备方法”,其化学元素及其质量% 含量为:Si3-5%、Ti l-5%、MgO • 2-0 • 5%、CuO • 2-0 • 5%、FeO • 5-0 • 7%、MnO • 1-0 • 3%,余量为 A1 和不 可避免的杂质。并非限于例举的前述专利均不是纳米碳化钛增强铝基复合材料范畴。研究 表明将增强材料即增强相的尺寸降至纳米级,可显著提高强度。另,据本申请人所知,已有 技术中的铝硅合金的屈服强度普遍在200MPa以下,抗拉强度在220MPa左右,延伸率为4-5% 左右,因此有必要予以全面提升,下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
[0004]本发明的首要任务在于提供一种有助于提高屈服强度、抗拉强度和延伸率而藉以 满足更广泛的应用领域的物理指标要求并拓展用途的纳米碳化钛增强铝硅基复合材料。 [0005]本发明的另一任务在于提供一种纳米碳化钛增强铝硅基复合材料的制备方法,该 方法简便易行、制备成本低并且能保障制备的纳米碳化铁增强招娃基复合材料具有理想的 屈服强度、抗拉强度和延伸率。
[0006]本发明的首要任务是这样来完成的,一种纳米碳化钛增强铝硅基复合材料,其化 学元素及其质量%含量为:6.5-7 •5%的硅、〇. 25_0.45%的镁和〇. 2_1%的纳米碳化钛,余量为 招。
[0007]本发明的另一任务是这样来完成的,一种纳米碳化钛增强铝硅基复合材料的制备 方法,包括以下步骤: A) 制备纳米招-碳化钦粉末,将纳米碳化钦粉末与招粉投入球磨机中球磨并且控制球 磨机的转速以及控制球磨时间,得到纳米铝-碳化钛粉末; B) 熔炼,先将铝锭放入熔炼炉中,加热至75〇-80(TC并保持温度恒定,再向熔炼炉加入 铝硅中间合金和镁块,待铝硅中间合金和镁块熔化后,将熔炼炉温度升至8〇〇-9〇crc,而后 加入由步骤A)得到的纳米铝-碳化钛粉末,搅拌,接着将温度降至750-800°C,加入精炼剂清 渣除气并且对熔液取样分析及调整化学元素的质量%含量为:6 • 5-7 • 5%的硅、0.25-0.45%的 镁和0 • 2-1%的纳米碳化钛,余量为铝,静置,扒渣,浇注成型,得到待后处理坯; C)后处理,将由步骤B)得到的待后处理坯投入加热炉进行固溶处理,并且控制固溶处 理的温度和时间,固溶处理结束后进行水淬,水淬后进行时效处理并且控制时效处理的温 度和时间,得到纳米碳化钛增强铝硅基复合材料。
[0008]在本发明的一个具体的实施例中,步骤A)中所述的纳米碳化钛粉末与铝粉的重量 比为 2.5-3.5:6-8。
[0009]在本发明的另一个具体的实施例中,步骤A)中所述的球磨机为行星式球磨机。 [0010]在本发明的又一个具体的实施例中,步骤A)中所述的控制球磨机的转速以及控制 球磨时间是将球磨机的转速控制为100-400rpm,将球磨时间控制为12-24h。
[0011]在本发明的再一个具体的实施例中,步骤B)中所述的铝硅中间合金为硅元素的重 量点重量的2〇%的Al_2〇Si合金,其中,硅元素的重量占总重量的2〇〇/0。
[0012] 在本发明的还有一个具体的实施例中,步骤B)中所述搅拌的时间为2-3min,所述 的静置的时间为4_6min。
[0013]在本发明的更而一个具体的实施例中,步骤〇中所述的控制固溶处理的温度和时 间是将固溶处理的温度和时间分别控制为520-540 °C和2_6h。
[0014]在本发明的进而一个具体的实施例中,步骤C)中所述的控制时效处理的温度和时 间是将时效处理的温度和时间分别控制为160-180°C和4-8h。
[0015] 本发明提供的技术方案由于在配方中加入了取量合理的纳米碳化钛,因而能使屈 服强度达到215-235MPa、抗拉强度达到245_280MPa和延伸率达到6-9%,能满足航空航天和 电子等领域更广泛的使用要求并且得以拓展用途;提供的制备方法简捷、制备成本低并且 能确保制备的纳米碳化钦增强招桂基复合具备前述的物理指标。
具体实施方式
[0016] 实施例1: A) 制备纳米铝-碳化钛粉末,将纳米碳化钛粉末与铝粉按重量比2.5:7投入行星式球磨 机中,在球磨机lOOrpm下球磨24h,得到纳米铝-碳化钛粉末他可称“纳米铝_碳化钛混合粉 末”); B) 溶炼,先将错锭放入恪炼炉中,加热至750°C并保持温度恒定,再向溶炼炉加入错娃 中间合金和镁块,待铝硅中间合金和镁块熔化后,将熔炼炉温度升至90(rC,而后加入由步 骤A)得到的纳米铝-碳化钛粉末,搅拌2min,接着将温度降至8〇(TC,加入精炼剂清渣除气并 且对熔液取样分析并调整化学元素的质量%含量为:7•5%的硅、〇• 25%的镁和1%的纳米碳化 钛,余量为铝,静置4min,扒渣,浇注成型,得到待后处理坯,本步骤中所述的铝硅中间合金 为硅元素的重量占总重量的2〇%的A120Si合金,硅元素的重量占总重量的20%; C) 后处理,将由步骤B)得到的待后处理坯加入加热炉进行固溶处理,固溶处理的温度 控制为540°C,固溶处理的时间控制为2h,固溶处理结束后进行水淬,水淬温度控制为16〇 °C,水淬时间控制为8h,得到纳米碳化钛增强铝硅基复合材料。本实施例制备的纳米碳化钛 增强铝硅基复合材料的物理性能为:T6热处理常温拉伸性能如下:屈服强度为215MPa,抗拉 强度为245MPa,延缓伸率为6%。
[0017] 实施例2: A) 制备纳米错-碳化钛粉末,将纳米碳化敏粉末与招粉按重量比3 • 5:6投入行星式球磨 机中,在球磨机400rpm下球磨12h,得到纳米铝-碳化钛粉末(也可称“纳米铝-碳化欽混合粉 末”); B) 熔炼,先将铝锭放入熔炼炉中,加热至77f5-C并保持温度恒定,再向熔炼炉加入铝硅 中间合金和镁块,待铝硅中间合金和镁块熔化后,将熔炼炉温度升至85(TC,而后加入由步 骤A)得到的纳米铝-碳化钛粉末,搅拌2. anin,接着将温度降至77〇。(:,加入精炼剂清渣除气 并且对熔液取样分析并调整化学元素的质量%含量为:7%的硅、0• 45%的镁和〇• 6%的纳米碳 化钛,余量为铝,静置6min,扒渣,浇注成型,得到待后处理坯,本步骤中所述的铝硅中间合 金为硅元素的重量占总重量的20%的A120Si合金,硅元素的重量占总重量的20%; C) 后处理,将由步骤B)得到的待后处理坯进行固溶处理,固溶处理的温度控制为52〇 °c,固溶处理的时间控制为eh,固溶处理结束后进行水淬,水淬温度控制为17(rc,水淬时间 控制为6h,得到纳米碳化钛增强铝硅基复合材料。本实施例制备的纳米碳化钛增强铝硅基 复合材料的物理性能为:T6热处理常温拉伸性能如下:屈服强度为235MPa,抗拉强度为 280MPa,延缓伸率为8%。
[0018] 实施例3: A) 制备纳米铝-碳化钛粉末,将纳米碳化钛粉末与铝粉按重量比3:8投入行星式球磨机 中,在球磨机300rpm下球磨18h,得到纳米铝-碳化钛粉末(也可称“纳米铝-碳化钛混合粉 末,,); B) 熔炼,先将铝锭放入熔炼炉中,加热至80(TC并保持温度恒定,再向熔炼炉加入铝硅 中间合金和镁块,待铝硅中间合金和镁块熔化后,将熔炼炉温度升至800。〇,而后加入由步 骤A)得到的纳米铝-碳化钛粉末,搅拌3min,接着将温度降至75(rc,加入精炼剂清渣除气并 且对熔液取样分析并调整化学元素的质量%含量为:6 • 5%的硅、0.35%的镁和0 • 2%的纳米碳 化钛,余量为铝,静置6min,扒渣,浇注成型,得到待后处理坯,本步骤中所述的铝硅中间合 金为硅元素的重量占总重量的20%的Al2〇Si合金,硅元素的重量占总重量的20%; C) 后处理,将由步骤B)得到的待后处理坯进行固溶处理,固溶处理的温度控制为53〇 °C,固溶处理的时间控制为4h,固溶处理结束后进行水淬,水淬温度控制为18(rC,水淬时间 控制为4h,得到纳米碳化钛增强铝硅基复合材料。本实施例制备的纳米碳化钛增强铝硅基 复合材料的物理性能为:T6热处理常温拉伸性能如下:屈服强度为226MPa,抗拉强度为 267MPa,延缓伸率为9%。
[0019] 综上所述,本发明提供的技术方案弥补了已有技术中的缺憾,顺利地完成了发明 任务,如实地兑现了申请人在上面的技术效果栏中载述的技术效果。

Claims (9)

1.种纳米碳化钛增强t娃基复合材料,其特征在于其化学元素及其质量%含量为: 6 • 5-7 • 5%的硅、0 • 25-0 • 45%的镁和〇 • 2-1%的纳米碳化钛,余量为铝。
2. —种如权利要求1所述的纳米碳化钛增强铝硅基复合材料的制备方法,其特征在于 包括以下步骤: ' A) 制备纳米铝-碳化钛粉末,将纳米碳化钛粉末与铝粉投入球磨机中球磨并且控制球 磨机的转速以及控制球磨时间,得到纳米铝—碳化|太粉末; B) 恪炼,先将错锭放入恪炼炉中,加热至乃㈣紙并保持温度恒定,再向溶炼炉加入 铝娃中间合赫徽,待讎巾间合金和觀舰后,将雜炉温度升至_—麵。c,而后 加入由步骤A)翻的纳米铝-碳化钛粉末,讎,接着将温度降至HQ—8〇〇tc,加入精炼剂清 渣除气并且对溶液取样分析及调整化学元麵质量%含量为I5 一 7』%的娃、〇 25— 〇视的 镁和0 • 2_1%的纳米碳化钛,余量为铝,静置,机渣,浇注成型,得到待后处理坯; • C) 后处理’彳轴步骤B) 待后处理还投人加热炉进彳溶处理,并且控制固溶处 理的温度和时间,固溶处理结束后进行水淬,水淬后进行时效处 度和时间,得到纳米碳化钛増强铝硅基复合材料。 力• f叨」双 纟t細錄觀辦難合材_織施,其雜在于步 骤A)中所述的纳米碳化钛粉末与铝粉的重量比为2.5-3.5:6一8。
4.棚权舰求2臟_米碳錄麵雛難合材__ 骤A)中臓誠舰为籠式球磨机。 帰万U征在于y
5.根据权求2所述_米舰钛顧雛難合材方法,s特征在于步
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8.讎权求2臓_米碳倾增㈣麵复合材料的制 =中=控_溶处理的温度和_是将固溶处理的_和时间分别^^为5=4〇 C 和 2-bii。
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