CN111394605A - 一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法 - Google Patents

一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111394605A
CN111394605A CN202010202670.7A CN202010202670A CN111394605A CN 111394605 A CN111394605 A CN 111394605A CN 202010202670 A CN202010202670 A CN 202010202670A CN 111394605 A CN111394605 A CN 111394605A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum
tib
aluminum alloy
melt
mixture
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.)
Withdrawn
Application number
CN202010202670.7A
Other languages
English (en)
Inventor
张松利
陈旺
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.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu 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 Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN202010202670.7A priority Critical patent/CN111394605A/zh
Publication of CN111394605A publication Critical patent/CN111394605A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C22C1/083—Foaming process in molten metal other than by powder metallurgy
    • C22C1/086—Gas foaming process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent

Abstract

本发明涉及一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法，属于多孔材料技术领域。在铝/铝合金熔体中原位生成TiB2颗粒，后保温加入混合后的增粘剂Ca和形核剂MnO2，再加入发泡剂TiH2进行发泡，用以制备高孔隙率，高强度、孔结构可控的TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金，该工艺简单，可实现工业化生产。

Description

一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法
技术领域
本发明涉及一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法，属于多孔材料技术领域。
背景技术
泡沫铝/铝合金具有高比强、高比强度、吸音减振、吸能抗压特点，在航空航天、轨道交通、建筑装饰等领域得到广泛的应用，是一种新型的功能结构材料，具有广阔的应用市场。
目前泡沫铝/铝合金常见的制备方法主要是熔体发泡法、粉末冶金发泡法、渗流铸造法和喷吹气体发泡法等。
熔体发泡法依靠熔体发泡技术，铝/铝合金熔体在Ca增粘(1-3％)保温后搅拌分散发泡剂TiH2，进行发泡处理。粉末冶金发泡法从粉末途径出发，将发泡剂TiH2和铝/铝合金粉末混合、压制后进行加热，在金属铝的液相线以上的温度进行发泡。喷吹气体法从熔体途径出发，往SiC(10-20％vol)增粘的铝/铝合金熔体中喷吹气体使发泡而得到泡沫铝/铝合金。渗流铸造法是是把预先处理好的填料放入金属型中制成预制块，再将预制块预热到一定温度，后浇入金属液，并加压使金属液渗流到预制块中，冷却凝固后形成一个三维网状互连的复合体，最后对复合体进行再加工，制成所需形状，然后将填料粒子去除，从而得到最终所要求的泡沫金属。
泡沫铝/铝合金的强度取决于孔结构及孔隙率，在基体材料相同时，孔隙率一定的时候，孔结构是影响泡沫铝/铝合金的重要因素。上述三种泡沫铝/铝合金的制备方法中，熔体发泡泡沫铝/铝合金的泡沫铝强度一般，是最常见的制备方法；粉末冶金发泡泡沫铝的空隙均匀大小相等，但容易出现微孔等结构缺陷，泡沫铝强度得不到提高；喷吹气体泡沫铝中，尽管含有10-20％vol的外加增粘相SiC，但由于孔结构均匀性差及SiC与铝/铝合金熔体的润湿性较差、分布不均匀，使泡沫铝/铝合金脆性提高、强度难以保证。渗流铸造法对模具制备要求较高，模具制备工艺复杂，不能重复利用，成本较高，且很难制备闭孔泡沫铝。
发明内容
本发明为解决上述泡沫铝/铝合金制备技术制备的泡沫铝孔隙率一定的情况下，压缩强度不高的现象，提出一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法：在铝/铝合金熔体中原位生成TiB2颗粒，后保温加入混合后的增粘剂Ca和形核剂MnO2，再加入发泡剂TiH2进行发泡的方法，用以制备高孔隙率，高强度、孔结构可控的TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金，该工艺简单，可实现工业化生产。
本发明的技术方案是：将铝/铝合金加热熔化，然后加入氟硼酸钾及氟钛酸钾原位生成TiB2颗粒，原位反应后加入混合均匀的Ca和MnO2，再加入TiH2进行发泡，随坩埚冷却凝固后即得TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金。
具体步骤包括如下：
(1)复合材料的制备：以Al-K2TiF6-KBF4作为反应体系，加入氟硼酸钾和氟钛酸钾的混合物反应原位生成TiB2颗粒增强铝基复合材料。
(2)复合材料的预处理：将TiB2颗粒增强铝基复合材料融化保温后，加入混合均匀的Ca和MnO2的混合物。
(3)发泡剂的制备：对发泡剂TiH2粉末进行氧化预处理。
(4)复合熔体的发泡：将经过预处理的TiB2颗粒铝/铝合金复合材料温度控制在铝或铝合金熔点以上40～80℃的温度并保温，然后将氧化预处理后的发泡剂加入到复合材料熔体中，搅拌后分解发泡，得到复合熔体泡沫；
(5)复合熔体泡沫冷却：将复合熔体泡沫冷却至室温，得到TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金。
所述步骤(1)中，是将铝或铝合金基体加热到750～800℃后形成熔体，保温15～25min后，再加入氟硼酸钾和氟钛酸钾的混合物进行原位反应；氟硼酸钾和氟钛酸钾的混合物的加入量为铝或铝合金熔体质量的2～10％，氟硼酸钾和氟钛酸钾的质量比为1:0.95，原位反应时间15～25分钟。
所述步骤(2)中，是将TiB2颗粒增强铝基复合材料在700～750℃融化后保温20～30min，再加入经过混合的Ca和MnO2；Ca和MnO2的混合物占TiB2颗粒增强铝基复合材料质量的3-4％，Ca和MnO2的混合物中，Ca和MnO2的质量比是2:1。
所述步骤(3)中，氧化预处理的步骤为：在热处理炉内加热氧化400℃氧化5小时后，500℃氧化2.5小时，再525℃氧化30分钟；发泡剂TiH2粉末的加入量为复合熔体质量的1～5％。
所述步骤(4)中，加入预处理完成的发泡剂TiH2并以800～2000转/分的速度搅拌1分钟，熔体中TiH2分解发泡30～120秒。
所述步骤(5)中，得到的TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的孔隙率为75～90％，平均孔径0.5～4mm。
本发明的原理是：
1、TiB2原位反应原理：
3K2TiF6+6KBF4+10Al＝3TiB2+9KAlF4+K3AlF6 (1)
3K2TiF6+13Al＝3Al3Ti+K3AlF6+3KAlF4 (2)
AlB2+TiAl3＝TiB2+4Al (3)
(1)、(2)、(3)式为原位反应式，由此可得到氟硼酸钾、氟钛酸钾及原位生成TiB2的化学计量摩尔为：K2TiF6:KBF4:TiB2＝1:2:1，本发明按此配比进行配料和计算得到TiB2的质量。计算可得，每生成1克TiB2所需的混合反应原料为5克，所需铝/铝合金约为30克(同时考虑氧化及熔损)。
复合熔体发泡原理：常规熔体发泡制备泡沫铝，需要对熔体进行增粘处理，在铝/铝合金熔体中添加Ca和MnO2的混合物并搅拌5～20分钟使铝/铝合金的粘度提高10～20％。
本发明的优点在于：采用原位内生颗粒技术和熔体发泡技术相结合，在铝/铝合金熔体中原位生成TiB2颗粒可以组织位错产生，增强孔结构，达到orwan强化，将增粘剂Ca和形核剂MnO2进行球磨混合，使得泡沫铝孔隙更加均匀，大小相等，制备出的泡沫铝/铝合金强度高、孔结构可控、制备工艺简单的特点，可实现工业化生产。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为孔隙率85％TiB2颗粒含量3％的增强型A356泡沫铝的孔隙图，TiB2颗粒的质量分数占最终得到的TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金质量的3％。
图3为85％孔隙率的不同TiB2颗粒含量的增强型A356泡沫铝的压缩性能图和压缩屈服强度放大图，可以看出随着TiB2颗粒的加入,泡沫铝的压缩屈服强度提高明显，吸能量也随之增加。
具体实施方式
实施方式一：如图1所示，本实施方式的TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法为：
(1)复合熔体制备：采用A356为原料，将500克A356加热到800℃熔化，保温20min后，加入占比A356铝合金质量分数2.6％的氟硼酸钾和2.47％氟钛酸钾，机械混合，混合物加入反应20分钟，获得TiB2颗粒增强铝基复合材料；
(2)复合材料的预处理：将将制备好的TiB2颗粒增强铝融化至700℃并保温25min，加入混合均匀的占TiB2颗粒增强型A356熔体质量2％的Ca和1％的MnO2；
(3)发泡剂的制备：将A356质量百分含量3％的发泡剂TiH2粉末15g进行氧化预处理400℃/5h+500℃/2.5h+525℃/30min。
(4)复合熔体的发泡：将步骤(2)获得的复合熔体温度降低到670℃保温18分钟，然后将步骤(3)获得的发泡剂加入到复合熔体中，并以1200转/分的速度搅拌60秒，提出搅拌器，熔体中TiH2分解使复合熔体发泡1分钟，得到复合熔体泡沫；
(5)复合熔体泡沫冷却：将步骤(4)中制得的复合熔体泡沫用风冷的方法冷却到室温，得到如图2所示，孔隙率85％、平均孔径4mm的TiB2颗粒的A356铝泡沫。

Claims (6)

1.一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)复合材料的制备：以Al-K2TiF6-KBF4作为反应体系，加入氟硼酸钾和氟钛酸钾的混合物反应原位生成TiB2颗粒增强铝基复合材料；
(2)复合材料的预处理：将TiB2颗粒增强铝基复合材料融化保温后，加入混合均匀的Ca和MnO2的混合物；
(3)发泡剂的制备：对发泡剂TiH2粉末进行氧化预处理；
(4)复合熔体的发泡：将经过预处理的TiB2颗粒铝/铝合金复合材料温度控制在铝或铝合金熔点以上40～80℃的温度并保温，然后将氧化预处理后的发泡剂加入到复合材料熔体中，搅拌后分解发泡，得到复合熔体泡沫；
(5)复合熔体泡沫冷却：将复合熔体泡沫冷却至室温，得到TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金。
2.如权利要求1所述的一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，是将铝或铝合金基体加热到750～800℃后形成熔体，保温15～25min后，再加入氟硼酸钾和氟钛酸钾的混合物进行原位反应；氟硼酸钾和氟钛酸钾的混合物的加入量为铝或铝合金熔体质量的2～10％，氟硼酸钾和氟钛酸钾的质量比为1:0.95，原位反应时间15～25分钟。
3.如权利要求1所述的一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，是将TiB2颗粒增强铝基复合材料在700～750℃融化后保温20～30min，再加入经过混合的Ca和MnO2；Ca和MnO2的混合物占TiB2颗粒增强铝基复合材料质量的3-4％，Ca和MnO2的混合物中，Ca和MnO2的质量比是2:1。
4.如权利要求1所述的一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，氧化预处理的步骤为：在热处理炉内加热氧化400℃氧化5小时后，500℃氧化2.5小时，再525℃氧化30分钟；发泡剂TiH2粉末的加入量为复合熔体质量的1～5％。
5.如权利要求1所述的一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，加入预处理完成的发泡剂TiH2并以800～2000转/分的速度搅拌1分钟，熔体中TiH2分解发泡60～120秒，保温时间15-20min。
6.如权利要求1所述的一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，得到的TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的孔隙率为75～90％，平均孔径0.5～4mm。
CN202010202670.7A 2020-03-20 2020-03-20 一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法 Withdrawn CN111394605A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010202670.7A CN111394605A (zh) 2020-03-20 2020-03-20 一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010202670.7A CN111394605A (zh) 2020-03-20 2020-03-20 一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111394605A true CN111394605A (zh) 2020-07-10

Family

ID=71427349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010202670.7A Withdrawn CN111394605A (zh) 2020-03-20 2020-03-20 一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111394605A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114086019A (zh) * 2021-11-16 2022-02-25 东北大学 一种热处理强化的高强度泡沫铝基复合材料及其制备方法
CN114669743A (zh) * 2022-03-18 2022-06-28 辽宁石油化工大学 一种碳化硼增强泡沫铝复合材料及其制备方法
CN115305371A (zh) * 2022-09-16 2022-11-08 王强 一种低成本铝基复合制动盘的制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001515140A (ja) * 1997-08-30 2001-09-18 ホンゼル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト 核生成添加物を含む粉体を使用して金属発泡体を製造するための合金
CN1644723A (zh) * 2005-01-28 2005-07-27 华中科技大学 密度、孔径可控的泡沫铝硅合金材料的制备方法
CN101182607A (zh) * 2007-12-12 2008-05-21 昆明理工大学 一种泡沫铝构件的近终形制备方法
CN104263988A (zh) * 2014-05-04 2015-01-07 昆明理工大学 一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法
CN106513637A (zh) * 2016-10-19 2017-03-22 昆明理工大学 一种泡沫铝夹层板的制备方法
CN107586983A (zh) * 2017-09-18 2018-01-16 尚圣杰 一种加快内部冷却提高泡沫铝发泡均匀度的生产工艺
CN108453243A (zh) * 2018-04-10 2018-08-28 昆明理工大学 一种陶瓷金属复合材料制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001515140A (ja) * 1997-08-30 2001-09-18 ホンゼル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト 核生成添加物を含む粉体を使用して金属発泡体を製造するための合金
CN1644723A (zh) * 2005-01-28 2005-07-27 华中科技大学 密度、孔径可控的泡沫铝硅合金材料的制备方法
CN101182607A (zh) * 2007-12-12 2008-05-21 昆明理工大学 一种泡沫铝构件的近终形制备方法
CN104263988A (zh) * 2014-05-04 2015-01-07 昆明理工大学 一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法
CN106513637A (zh) * 2016-10-19 2017-03-22 昆明理工大学 一种泡沫铝夹层板的制备方法
CN107586983A (zh) * 2017-09-18 2018-01-16 尚圣杰 一种加快内部冷却提高泡沫铝发泡均匀度的生产工艺
CN108453243A (zh) * 2018-04-10 2018-08-28 昆明理工大学 一种陶瓷金属复合材料制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114086019A (zh) * 2021-11-16 2022-02-25 东北大学 一种热处理强化的高强度泡沫铝基复合材料及其制备方法
CN114669743A (zh) * 2022-03-18 2022-06-28 辽宁石油化工大学 一种碳化硼增强泡沫铝复合材料及其制备方法
CN114669743B (zh) * 2022-03-18 2023-12-05 辽宁石油化工大学 一种碳化硼增强泡沫铝复合材料及其制备方法
CN115305371A (zh) * 2022-09-16 2022-11-08 王强 一种低成本铝基复合制动盘的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111394605A (zh) 一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法
JP5826219B2 (ja) 溶融を伴うことなく他の添加成分を有する金属物品を作製する方法
Banhart Light‐metal foams—history of innovation and technological challenges
CN103667758A (zh) 一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法
US6444007B1 (en) Production of metal foams
CN105624451B (zh) 一种高强高韧闭孔泡沫铝及其制备方法
US6942716B2 (en) Production of metal forms
CN104263988B (zh) 一种TiB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法
CN104588617A (zh) 一步制备金属基轻质复合材料的方法
CN100410413C (zh) 碳纤维混杂增强镁基高模复合材料及其制备方法
CN106513637A (zh) 一种泡沫铝夹层板的制备方法
CN109182802B (zh) 一种碳材料增强铜/铝基复合材料的制备方法
CN108326044A (zh) 一种液相混合轧制包覆制备泡沫铝夹芯板的方法
US20130189151A1 (en) Particulate aluminium matrix nano-composites and a process for producing the same
CN107760905A (zh) 一种ZrB2颗粒增强泡沫铝/铝合金的制备方法
CN1327020C (zh) 原位混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN107858542B (zh) 一种微米孔径闭孔泡沫镁合金复合材料制备方法
CN102489692A (zh) 一种超声波制备Al-Ti-C-Gd镁合金晶粒细化剂的方法
CN106636823B (zh) 一种新型镁合金复合材料的制备方法
CN101168803A (zh) 一种铝基复合材料的制备方法
CN109321787B (zh) 一种铝基复合材料的制备方法
CN110195182A (zh) 一种双尺寸复相颗粒增强镁基复合材料及其制备方法
CN112795800B (zh) 一种2219铝基高熵合金复合材料的超声辅助制备方法
CN112853175B (zh) 一种基于纳米原位/析出相调控机制的高强韧铝合金型材的制备方法
CN112427622B (zh) 泡沫铝铸造成形方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20200710