CN110205536A - 一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，由纯铝或铝合金基体和钛/碳化钛核壳颗粒增强相组成，增强相以钛为核，以碳化钛陶瓷层为壳，壳内部碳化钛颗粒的尺寸呈现梯度变化，本发明还公开了一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料的制备方法。本发明钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料中高韧性的钛核改善复合材料韧性，而高体积分数的碳化钛陶瓷壳层改善复合材料的强度，使该铝基复合材料同时具备较高的强度和较好的韧性。

Description

一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于铝基复合材料技术领域，具体涉及一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料及其制备方法。
背景技术
铝基复合材料由于高的比强度、比刚度、耐磨损、耐疲劳、低热胀性、低密度、高屈服强度、良好的尺寸稳定性和导热性等优良的力学性能和物理性能，而被普遍应用于航空航天、军事、汽车等领域。
目前，每年的铝基复合耐磨件的产量已达1000吨以上，在这些铝基复合耐磨件中的增强相主要是SiC、TiC、B4C、Al2O3等陶瓷颗粒，由于这些陶瓷相与铝液润湿性好，和铝的界面结合好，没有明显的界面分层，有利于提高复合耐磨件的强度。然而，随着高新技术的不断发展，材料的服役环境变得日益苛刻，要求材料同时兼具有高的强度、高的韧性和高的耐磨损性能。
对于铝基复合材料，其耐磨损性能和强度的提高主要通过改变复合材料中碳化物的体积分数来实现。当体积分数较低时，复合材料虽然能保持一定的韧性，但是其耐磨性也较低；当碳化物体积分数增加时，复合材料的韧性也将急剧的下降，这导致复合耐磨件在高冲击环境下时，很容易发生脆断失效，从而限制了其更为广泛的应用。例如，吴树森等人的中国专利申请“一种纳米颗粒增强铝基复合材料的成形方法”(公开号为CN201710748233)，该专利通过熔铸法及超声振动制浆工艺获得陶瓷颗粒分散均匀的半固态浆料，将浆料进行层流压铸获得质量分数为5％的纳米SiC颗粒增强的铝基复合材料，其抗拉强度为280MPa，伸长率可达6.2％。虽然该复合材料具有较好的韧性，但是其耐磨性较低。此外，Cook BruceA.等人申请的美国专利US06099605，名称为“Superabrasive boride and a method ofpreparing the same by mechanical alloying and hot pressing(一种超耐磨的硼化物及其机械合金化和热压成型的制备方法)”，该专利采用Al、Mg、B单质粉末的机械合金化和热压成型在准确的化学计量比的情况下合成AlMgB14陶瓷相，并向该陶瓷相中搀杂TiB2、AlN、BN、Si等陶瓷相，制备了一种超耐磨的硼化物增强的复合材料。尽管该复合材料能够达到40GPa以上的硬度，有利于耐磨，但是其韧性相对较低，不能作为高强并兼备一定韧性和塑性的复合材料使用。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，解决了现有铝基复合材料不能同时具备高强度和高韧性的问题。
本发明的另一个目的是提供一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料的制备方法。
本发明所采用的第一技术方案是，一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，复合材料由纯铝或铝合金基体和钛/碳化钛核壳颗粒增强相组成，增强相以钛为核，以碳化钛陶瓷层为壳，壳内部碳化钛颗粒的尺寸呈现梯度变化。
本发明的技术特征还在于，
复合材料按质量百分比由以下组分组成：30％～70％钛/碳化钛核壳结构粉末，其余为铝或铝合金，以上各组分的重量百分比总和为100％。
钛/碳化钛核壳结构粉末按质量百分比由以下组分组成：5.5％～17.2％石墨粉，72.8％～84.5％钛粉，其余为铁粉，以上各组分的重量百分比总和为100％。
本发明所采用的第二技术方案是，一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，制备钛/碳化钛核壳结构粉末；
步骤2，按质量百分比分别称取30％～70％钛/碳化钛核壳结构粉末和30％～70％铝块或铝合金块，以上两组分质量百分比之和为100％；
步骤3，将步骤2称取的铝块或铝合金块放入坩锅内加热熔化，在温度750℃～800℃时，将步骤2称取的钛/碳化钛核壳结构粉末加入到铝或铝合金熔体中，超声处理后浇入模型中，即制得钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料。
其中，步骤1中制备钛/碳化钛核壳结构粉末的具体过程为：
步骤1.1，按质量百分比分别称取以下组分：5.5％～17.2％石墨粉，72.8％～84.5％钛粉，其余为铁粉，以上各组分的重量百分比总和为100％；
步骤1.2，混料，将步骤1.1称取的各组分混合均匀，即得混合粉末；
步骤1.3，压坯预成型，采取普通模压将混合粉末压制成形，即得压坯，模压过程中采用占混合粉末质量2～4wt％的石蜡作为成形剂；
步骤1.4，将步骤1.3的压坯放置于管式炉中进行烧结，烧结温度控制在950～1130℃，在整个烧结过程中使用纯度≥99.9％的氩气作为保护气体，烧结后即得钛/碳化钛核壳结构-铁式样；
步骤1.5，将钛/碳化钛核壳结构-铁式样浸泡在浓盐酸溶液中，加热溶液，对钛/碳化钛核壳结构-铁式样进行深度腐蚀后，再从溶液中分离出钛/碳化钛核壳结构，清洗干燥，即得钛/碳化钛核壳结构粉末。
步骤1.2中，混料采用V型混料机，混料主要工艺参数：转速60r/min～80r/min，混料时间6h～24h。
步骤1.4中，压坯在烧结温度为950～1130℃下保温0.5h～6h。
步骤1.5中，对钛/碳化钛核壳结构-铁式样进行深度腐蚀过程中，浓盐酸溶液温度为40℃～50℃，腐蚀时间为18h～24h。
步骤1.5中，采用离心机从溶液中分离出钛/碳化钛核壳结构；清洗干燥包括用酒精超声波清洗3～4次后，在干燥箱中75～100℃下干燥2h。
步骤3中，在将步骤2称取的钛/碳化钛核壳结构粉末加入到铝或铝合金熔体过程中引入高能超声，超声频率为20KHz，功率为1KW，加入完毕后继续对熔体超声处理5min，再将熔体降温至700℃～750℃，超声处理120s，最后浇入到经400℃预热处理的金属模型中。
本发明的有益效果在于，
(1)本发明钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料中，高韧性的钛金属核改善复合材料韧性，而高体积分数的碳化钛陶瓷壳层改善复合材料的强度，使该铝基复合材料同时具备较高的强度和较好的韧性；
(2)本发明铝基复合材料中，高硬度碳化物壳层可保护内韧金属核，同时内韧金属核也可以支撑外硬碳化物壳层；
(3)本发明铝基复合材料中，碳化钛壳层原位内延生长，使碳化钛壳层与钛核之间呈现良好的界面结合；碳化钛颗粒与铝熔体之间具有很好的界面润湿性，使碳化物壳层与铝基体之间呈现良好的冶金结合；
(4)在该铝基复合材料中，高硬度的碳化物壳层被夹在两个韧性材料之间，利于对它的支撑保护，使钛/碳化钛核壳结构增强的铝基复合材料具有综合的力学性能，如高的强度、高的韧性和优异的耐磨损性能等；
(5)本发明采用近共晶温度原位烧结工艺制备钛/碳化钛核壳颗粒，其中碳化物壳层的厚度可通过调控温度和时间来控制。
附图说明
图1是本发明钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料的结构示意图；
图2是本发明钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料中钛/碳化钛核壳结构的结构示意图；
图3是本发明实施例4中钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料的结构示意图。
图中，1.基体，2.增强相，3.核，4.壳。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，参照图1和图2，由纯铝或铝合金基体1和钛/碳化钛核壳颗粒增强相2组成，增强相2以钛为核3，以碳化钛陶瓷层为壳4，壳4内部碳化钛颗粒的尺寸呈现梯度变化。
该复合材料按质量百分比由以下组分组成：30％～70％钛/碳化钛核壳结构粉末，其余为铝或铝合金，以上各组分的重量百分比总和为100％。其中，钛/碳化钛核壳结构粉末按质量百分比由以下组分组成：5.5％～17.2％石墨粉，72.8％～84.5％钛粉，其余为铁粉，以上各组分的重量百分比总和为100％。
本发明一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，制备钛/碳化钛核壳结构粉末
步骤1.1，按质量百分比分别称取以下组分：5.5％～17.2％石墨粉，72.8％～84.5％钛粉，其余为铁粉，以上各组分的重量百分比总和为100％；
步骤1.2，混料，将步骤1.1称取的各组分混合均匀，即得混合粉末；混料采用V型混料机，混料主要工艺参数：转速60r/min～80r/min，混料时间6h～24h；
步骤1.3，压坯预成型，采取普通模压将混合粉末压制成形，即得压坯，模压过程中采用占混合粉末质量2～4wt％的石蜡作为成形剂，根据压坯受压面积确定压制压力，单位压制压力采用0.2～0.6t/cm2。
步骤1.4，将步骤1.3的压坯放置于管式炉中进行烧结，烧结温度控制在950～1130℃，在该温度下保温0.5h～6h，即得钛/碳化钛核壳结构-铁式样，在整个烧结过程中使用纯度≥99.9％的氩气作为保护气体；
步骤1.5，将钛/碳化钛核壳结构-铁式样浸泡在浓盐酸溶液中，再通过磁力搅拌器搅拌浓盐酸溶液，并将溶液加热到40℃～50℃，对钛/碳化钛核壳结构-铁式样进行深度腐蚀18h～24h后，再用离心机从溶液中分离出钛/碳化钛核壳结构，最后用酒精超声波清洗钛/碳化钛核壳结构3～4次后，在干燥箱中75～100℃下干燥2h，即得钛/碳化钛核壳结构粉末。
步骤2，按质量百分比分别称取30％～70％钛/碳化钛核壳结构粉末和30％～70％铝块或铝合金块，以上两组分质量百分比之和为100％；
步骤3，将步骤2称取的铝块或铝合金块放入坩锅内加热熔化，在温度750℃～800℃时，将步骤2称取的钛/碳化钛核壳结构粉末加入到铝或铝合金熔体中，超声处理后浇入模型中，即制得钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料；
步骤3中，在将钛/碳化钛核壳结构粉末加入到铝或铝合金熔体过程中引入高能超声，超声频率为20KHz，功率为1KW，加入完毕后继续对熔体超声处理5min，再将熔体降温至700℃，超声处理120s，最后浇入到经400℃预热处理的金属模型中。
实施例1
制备一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，具体包括以下步骤：
步骤1，制备钛/碳化钛核壳结构粉末
步骤1.1，按质量百分比分别称取以下组分：5.5％石墨粉，84.5％钛粉，10％铁粉，以上各组分的重量百分比总和为100％，钛粉粒度约为500目，即粒径约为25μm；
步骤1.2，混料，将步骤1.1称取的各组分混合均匀，即得混合粉末；混料采用V型混料机，混料主要工艺参数：转速60r/min，混料时间24h；
步骤1.3，压坯预成型，采取普通模压将混合粉末压制成形，即得压坯，模压过程中采用占混合粉末质量4wt％的石蜡作为成形剂，根据压坯受压面积确定压制压力，单位压制压力为0.4t/cm2。
步骤1.4，将步骤1.3的压坯放置于管式炉中进行烧结，烧结温度控制在1130℃，在该温度下保温1h，即得钛/碳化钛核壳结构-铁式样，在整个烧结过程中使用纯度≥99.9％的氩气作为保护气体；
步骤1.5，将钛/碳化钛核壳结构-铁式样浸泡在浓盐酸溶液中，再通过磁力搅拌器搅拌浓盐酸溶液，并将溶液加热到50℃，对钛/碳化钛核壳结构-铁式样进行深度腐蚀24h后，再用离心机从溶液中分离出钛/碳化钛核壳结构，最后用酒精超声波清洗钛/碳化钛核壳结构3～4次后，在干燥箱中100℃下干燥2h，即得钛/碳化钛核壳结构粉末。
步骤2，按质量百分比分别称取30％钛/碳化钛核壳结构粉末和70％铝块，以上两组分质量百分比之和为100％；
步骤3，将步骤2称取的铝块放入坩锅内加热熔化，在温度为800℃时，将步骤2称取的钛/碳化钛核壳结构粉末加入到铝熔体中，加入过程中引入高能超声到熔体中，超声频率为20KHz，功率为1KW，加入时间约为10min，加入完毕后继续对熔体超声处理5min，再将熔体降温至700℃，超声处理120s，最后将熔体浇入到经400℃预热处理的金属模型中，即制得钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料。
对制备的钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料进行观察测量，钛/碳化钛核壳结构的直径约为25μm，碳化钛壳层的厚度约为4.5μm，金属钛核的直径约为16μm，故钛核直径与碳化钛壳层厚度之间的相对尺度K值为3.56。
该钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料的抗拉强度约为382MPa，延伸率约为8.5％，TiC壳层的硬度约为29.8GPa。
实施例2
制备一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，具体包括以下步骤：
步骤1，制备钛/碳化钛核壳结构粉末
步骤1.1，按质量百分比分别称取以下组分：14.75％石墨粉，75.25％钛粉，10％铁粉，以上各组分的重量百分比总和为100％，钛粉粒度约为3000目，即粒径约为5μm；
步骤1.2，混料，将步骤1.1称取的各组分混合均匀，即得混合粉末；混料采用V型混料机，混料主要工艺参数：转速70r/min，混料时间23h；
步骤1.3，压坯预成型，采取普通模压将混合粉末压制成形，即得压坯，模压过程中采用占混合粉末质量3wt％的石蜡作为成形剂，根据压坯受压面积确定压制压力，单位压制压力采用0.8t/cm2。
步骤1.4，将步骤1.3的压坯放置于管式炉中进行烧结，烧结温度控制在950℃，在该温度下保温2h，即得钛/碳化钛核壳结构-铁式样，在整个烧结过程中使用纯度≥99.9％的氩气作为保护气体；
步骤1.5，将钛/碳化钛核壳结构-铁式样浸泡在浓盐酸溶液中，再通过磁力搅拌器搅拌浓盐酸溶液，并将溶液加热到50℃，对钛/碳化钛核壳结构-铁式样进行深度腐蚀24h后，再用离心机从溶液中分离出钛/碳化钛核壳结构，最后用酒精超声波清洗钛/碳化钛核壳结构3～4次后，在干燥箱中75℃下干燥2h，即得钛/碳化钛核壳结构粉末。
步骤2，按质量百分比分别称取70％钛/碳化钛核壳结构粉末和30％的7085铝合金块，以上两组分质量百分比之和为100％；
步骤3，将步骤2称取的铝块或铝合金块放入坩锅内加热熔化，在温度为800℃时，将步骤2称取的钛/碳化钛核壳结构粉末加入到铝或铝合金熔体中，加入过程中引入高能超声，超声频率为20KHz，功率为1KW，加入时间约为10min，加入完毕后继续对熔体超声处理5min，再将熔体降温至710℃，超声处理120s，最后浇入到经400℃预热处理的金属模型中，即制得钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料。
对制备的钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料进行观察测量，钛/碳化钛核壳结构的直径约为5μm，碳化钛壳层的厚度约为1μm，金属钛核的直径约为3μm，故钛核直径与碳化钛壳层厚度之间的相对尺度K值为3。
该钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料的抗拉强度约为455MPa，延伸率约为5.8％，TiC壳层的硬度约为25.3GPa。
实施例3
制备一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，具体包括以下步骤：
步骤1，制备钛/碳化钛核壳结构粉末
步骤1.1，按质量百分比分别称取以下组分：16.2％石墨粉，73.8％钛粉，10％铁粉，以上各组分的重量百分比总和为100％，钛粉粒度为1600目，即粒径约为10μm；
步骤1.2，混料，将步骤1.1称取的各组分混合均匀，即得混合粉末；混料采用V型混料机，混料主要工艺参数：转速65r/min，混料时间22h；
步骤1.3，压坯预成型，采取普通模压将混合粉末压制成形，即得压坯，模压过程中采用占混合粉末质量4wt％的石蜡作为成形剂，根据压坯受压面积确定压制压力，单位压制压力采用0.6t/cm2。
步骤1.4，将步骤1.3的压坯放置于管式炉中进行烧结，烧结温度控制在1100℃，在该温度下保温2h，即得钛/碳化钛核壳结构-铁式样，在整个烧结过程中使用纯度≥99.9％的氩气作为保护气体；
步骤1.5，将钛/碳化钛核壳结构-铁式样浸泡在浓盐酸溶液中，再通过磁力搅拌器搅拌浓盐酸溶液，并将溶液加热到45℃，对钛/碳化钛核壳结构-铁式样进行深度腐蚀24h后，再用离心机从溶液中分离出钛/碳化钛核壳结构，最后用酒精超声波清洗钛/碳化钛核壳结构4次后，在干燥箱中80℃下干燥2h，即得钛/碳化钛核壳结构粉末。
步骤2，按质量百分比分别称取50％钛/碳化钛核壳结构粉末和50％铝合金(A356)块，以上两组分质量百分比之和为100％；
步骤3，将步骤2称取的铝合金块放入坩锅内加热熔化，在温度为790℃时，将步骤2称取的钛/碳化钛核壳结构粉末加入到铝合金熔体中，加入过程中引入高能超声，超声频率为20KHz，功率为1KW，加入时间约为10min，加入完毕后继续对熔体超声处理5min，再将熔体降温至750℃，超声处理120s，最后浇入到经400℃预热处理的金属模型中，即制得钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料。
对制备的钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料进行观察测量，钛/碳化钛核壳结构的直径约为10μm，碳化钛壳层的厚度约为2.5μm，金属钛核的直径约为5μm，故钛核直径与碳化钛壳层厚度之间的相对尺度K值为2。
该钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料的抗拉强度约为410MPa，延伸率约为7.4％，TiC壳层的硬度约为27.6GPa。
实施例4
制备一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，具体包括以下步骤：
步骤1，制备钛/碳化钛核壳结构粉末
步骤1.1，按质量百分比分别称取以下组分：16.2％石墨粉，73.8％钛粉，10％铁粉，以上各组分的重量百分比总和为100％，钛粉粒度为1800目；
步骤1.2，混料，将步骤1.1称取的各组分混合均匀，即得混合粉末；混料采用V型混料机，混料主要工艺参数：转速70r/min，混料时间16h；
步骤1.3，压坯预成型，采取普通模压将混合粉末压制成形，即得压坯，模压过程中采用占混合粉末质量3wt％的石蜡作为成形剂，根据压坯受压面积确定压制压力，单位压制压力采用0.6t/cm2。
步骤1.4，将步骤1.3的压坯放置于管式炉中进行烧结，烧结温度控制在1120℃，在该温度下保温4h，即得钛/碳化钛核壳结构-铁式样，在整个烧结过程中使用纯度≥99.9％的氩气作为保护气体；
步骤1.5，将钛/碳化钛核壳结构-铁式样浸泡在浓盐酸溶液中，再通过磁力搅拌器搅拌浓盐酸溶液，并将溶液加热到48℃，对钛/碳化钛核壳结构-铁式样进行深度腐蚀22h后，再用离心机从溶液中分离出钛/碳化钛核壳结构，最后用酒精超声波清洗钛/碳化钛核壳结构3次后，在干燥箱中85℃下干燥2h，即得钛/碳化钛核壳结构粉末。
步骤2，按质量百分比分别称取60％钛/碳化钛核壳结构粉末和40％铝合金(A356)块，以上两组分质量百分比之和为100％；
步骤3，将步骤2称取的铝合金块放入坩锅内加热熔化，在温度为800℃时，将步骤2称取的钛/碳化钛核壳结构粉末加入铝合金熔体中，加入过程中引入高能超声，超声频率为20KHz，功率为1KW，加入时间约为10min，加入完毕后继续对熔体超声处理5min，再将熔体降温至740℃，超声处理120s，最后浇入到经400℃预热处理的金属模型中，即制得钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料。
对制备的钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料进行观察测量，参照图3，钛/碳化钛核壳结构的直径约为8μm，碳化钛壳层的厚度约为2μm，金属钛核的直径约为4μm，故钛核直径与碳化钛壳层厚度之间的相对尺度K值为2。
该钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料的抗拉强度约为436MPa，延伸率约为6.5％，TiC壳层的硬度约为26.5GPa。
实施例5
制备一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，具体包括以下步骤：
步骤1，制备钛/碳化钛核壳结构粉末
步骤1.1，按质量百分比分别称取以下组分：17.2％石墨粉，72.8％钛粉，10％铁粉，以上各组分的重量百分比总和为100％，钛粉粒度为1000目；
步骤1.2，混料，将步骤1.1称取的各组分混合均匀，即得混合粉末；混料采用V型混料机，混料主要工艺参数：转速80r/min，混料时间24h；
步骤1.3，压坯预成型，采取普通模压将混合粉末压制成形，即得压坯，模压过程中采用占混合粉末质量2wt％的石蜡作为成形剂，根据压坯受压面积确定压制压力，单位压制压力采用0.3t/cm2。
步骤1.4，将步骤1.3的压坯放置于管式炉中进行烧结，烧结温度控制在1130℃，在该温度下保温5h，即得钛/碳化钛核壳结构-铁式样，在整个烧结过程中使用纯度≥99.9％的氩气作为保护气体；
步骤1.5，将钛/碳化钛核壳结构-铁式样浸泡在浓盐酸溶液中，再通过磁力搅拌器搅拌浓盐酸溶液，并将溶液加热到50℃，对钛/碳化钛核壳结构-铁式样进行深度腐蚀24h后，再用离心机从溶液中分离出钛/碳化钛核壳结构，最后用酒精超声波清洗钛/碳化钛核壳结构4次后，在干燥箱中100℃下干燥2h，即得钛/碳化钛核壳结构粉末。
步骤2，按质量百分比分别称取40％钛/碳化钛核壳结构粉末和60％铝块，以上两组分质量百分比之和为100％；
步骤3，将步骤2称取的铝块放入坩锅内加热熔化，在温度为800℃时，将步骤2称取的钛/碳化钛核壳结构粉末加入到铝熔体中，加入过程中引入高能超声，超声频率为20KHz，功率为1KW，加入时间约为10min，加入完毕后继续对熔体超声处理5min，再将熔体降温至700℃，超声处理120s，最后浇入到经400℃预热处理的金属模型中，即制得钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料。
对制备的钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料进行观察测量，钛/碳化钛核壳结构的直径约为13μm，碳化钛壳层的厚度约为4μm，金属钛核的直径约为5μm，故钛核直径与碳化钛壳层厚度之间的相对尺度K值为1.25。
该钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料的抗拉强度约为390MPa，延伸率约为7.8％，TiC壳层的硬度约为29.2Gpa。

Claims (10)

1.一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，其特征在于，所述复合材料由纯铝或铝合金基体(1)和钛/碳化钛核壳颗粒增强相(2)组成，所述增强相(2)以钛为核(3)，以碳化钛陶瓷层为壳(4)，壳(4)内部碳化钛颗粒的尺寸呈现梯度变化。
2.根据权利要求1所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，其特征在于，所述复合材料按质量百分比由以下组分组成：30％～70％钛/碳化钛核壳结构粉末，其余为铝或铝合金，以上各组分的重量百分比总和为100％。
3.根据权利要求2所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，其特征在于，所述钛/碳化钛核壳结构粉末按质量百分比由以下组分组成：5.5％～17.2％石墨粉，72.8％～84.5％钛粉，其余为铁粉，以上各组分的重量百分比总和为100％。
4.一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，制备钛/碳化钛核壳结构粉末；
步骤2，按质量百分比分别称取30％～70％钛/碳化钛核壳结构粉末和30％～70％铝块或铝合金块，以上两组分质量百分比之和为100％；
步骤3，将步骤2称取的铝块或铝合金块放入坩锅内加热熔化，在温度750℃～800℃时，将步骤2称取的钛/碳化钛核壳结构粉末加入到铝或铝合金熔体中，超声处理后浇入模型中，即制得钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，其特征在于，所述步骤1中制备钛/碳化钛核壳结构粉末的具体过程为：
步骤1.1，按质量百分比分别称取以下组分：5.5％～17.2％石墨粉，72.8％～84.5％钛粉，其余为铁粉，以上各组分的重量百分比总和为100％；
步骤1.2，混料，将步骤1.1称取的各组分混合均匀，即得混合粉末；
步骤1.3，压坯预成型，采取普通模压将混合粉末压制成形，即得压坯，模压过程中采用占混合粉末质量2～4wt％的石蜡作为成形剂；
步骤1.4，将步骤1.3的压坯放置于管式炉中进行烧结，烧结温度控制在950～1130℃，在整个烧结过程中使用纯度≥99.9％的氩气作为保护气体，烧结后即得钛/碳化钛核壳结构-铁式样；
步骤1.5，将钛/碳化钛核壳结构-铁式样浸泡在浓盐酸溶液中，加热溶液，对钛/碳化钛核壳结构-铁式样进行深度腐蚀后，再从溶液中分离出钛/碳化钛核壳结构，清洗干燥，即得钛/碳化钛核壳结构粉末。
6.根据权利要求5所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，其特征在于，所述步骤1.2中，混料采用V型混料机，混料主要工艺参数：转速60r/min～80r/min，混料时间6h～24h。
7.根据权利要求5所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，其特征在于，所述步骤1.4中，压坯在烧结温度为950～1130℃下保温0.5h～6h。
8.根据权利要求5或7所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，其特征在于，所述步骤1.5中，对钛/碳化钛核壳结构-铁式样进行深度腐蚀过程中，浓盐酸溶液温度为40℃～50℃，腐蚀时间为18h～24h。
9.根据权利要求8所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，其特征在于，所述步骤1.5中，采用离心机从溶液中分离出钛/碳化钛核壳结构；清洗干燥包括用酒精超声波清洗3～4次后，在干燥箱中75～100℃下干燥2h。
10.根据权利要求4所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料，其特征在于，所述步骤3中，在将步骤2称取的钛/碳化钛核壳结构粉末加入到铝或铝合金熔体过程中引入高能超声，超声频率为20KHz，功率为1KW，加入完毕后继续对熔体超声处理5min，再将熔体降温至700℃～750℃，超声处理120s，最后浇入到经400℃预热处理的金属模型中。
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