CN1250760C

CN1250760C - 制备原位混杂增强铝基复合材料的方法

Info

Publication number: CN1250760C
Application number: CN 200310108261
Authority: CN
Inventors: 李险峰; 王浩伟; 马乃恒; 厉松春; 于敞
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2023-10-30
Also published as: CN1540020A

Abstract

一种制备原位混杂增强铝基复合材料的方法属于复合材料领域。本发明通过同时加入放热弥散法制备的高质量分数TiC/Al的复合材料母体和含有K₂TiF₆和KBF₄的混合反应盐，并加以快速搅拌工艺，控制反应盐配比、TiC/Al复合材料母体TiC的质量分数、搅拌速度、加入的反应温度及反应时间，制备出组织性能优良的TiB₂、TiC混杂增强的原位铝基复合材料，其中所述的含有K₂TiF₆和KBF₄的混合反应盐，K₂TiF₆∶KBF₄＝0.8∶1～1.2∶1。本发明制备了不同TiB₂、TiC混杂比的原位增强铝基复合材料，且组织性能优良，同时也为原位复合材料的制备进一步拓展应用提供了依据。

Description

制备原位混杂增强铝基复合材料的方法

技术领域

本发明涉及的是一种制备铝基复合材料的方法，特别是一种制备原位混杂增强铝基复合材料的方法。属于复合材料领域。

背景技术

近年来，许多文章报导了关于原位自生反应颗粒增强铝基复合材料的研究。其特点是：增强颗粒在基体内部原位合成，基体界面结合较好且界面干净；原位增强颗粒尺寸细小(一般＜3.0μm)且在基体中分布均匀；通过选择反应类型及控制反应参数，可获得不同种类、不同数量的原位增强颗粒；增强颗粒的原位合成同铸造技术结合起来；工艺简便、成本低；可用来制备一定形状和大小的复合材料。

经文献检索发现，Dacies P在《Key Engineering Materials》(重要工程材料)1993，77：357-362上发表“Development of Cast Aluminium MMCs”(铝基复合材料的发展)一文，该文介绍了采用混合盐法制备铝基复合材料的方法，但该方法存在着所制备的复合材料质量分数不高，且增强相单一使得强化效果不显著的不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种制备原位混杂增强铝基复合材料的方法，使其解决单一原位颗粒增强铝基复合材料质量分数不高、强化效果不显著的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过同时加入放热弥散法制备的高质量分数TiC/Al的复合材料母体和含有K₂TiF₆和KBF₄的混合反应盐，控制高质量分数TiC/Al的复合材料母体加入量以及反应混合盐的加入量，搅拌速度、加入的反应温度及反应时间，制备出原位TiB₂和TiC混杂增强的铝基复合材料，获得组织性能优良的铝基复合材料。

以下对本发明方法作进一步的说明，具体内容如下：

将基体合金在700-800℃温度范围熔化，同时保温均匀化，之后加入高质量分数TiC/Al的复合材料母体和含有K₂TiF₆和KBF₄的混合反应盐(两者必须分别烘干预热)，并施以搅拌，速度范围在200-800r/mim，其加入后反应时间为10min-40min。待反应完成后清除盐渣，并进行精炼处理后就浇铸材料。

所述的混合反应盐含有K₂TiF₆和KBF₄，其配比为0.8∶1～1.2∶1，TiC/Al的复合材料母体中TiC的质量分数为40～60％。

含有K₂TiF₆和KBF₄的混合反应盐和铝熔体接触，原位反应生成TiB₂颗粒，原位颗粒TiC∶TiB₂的配比为1∶3～3∶1。

含有K₂TiF₆和KBF₄的混合反应盐和铝熔体接触，原位反应生成TiB₂颗粒的同时反应产生了大量的热，为高质量分数的TiC/Al复合材料母体熔解稀释提供了热量，与此同时混合盐的反应产物中的熔盐能大大降低熔融铝表面能，从而能促进TiC/Al复合材料母体熔解稀释和分散过程。

利用快速搅拌可同时促进混合盐的原位反应和复合材料母体重熔稀释的进行。放热弥散法制备的原位复合材料母体中的TiC粒子和混合盐原位反应生成的TiB₂直径均为1微米左右，该尺寸的颗粒在铝液中不会有沉降的出现。但由于颗粒往往容易因局部浓度偏高而发生团聚。并且一旦团聚产生，再使其分散就非常的困难，从而引起颗粒的沉降和凝固过程中的偏聚发生。实验采用快速旋转搅拌，利用混合盐的反应产物中的熔盐的保护作用，将转速控制在200-800r/m，一方面利用搅拌产生的剪切力冲刷TiC/Al复合材料母体，加速稀释过程；另一方面促进颗粒从高浓度区向低浓度区的扩散，也加速分散，同时也使得复合材料中的原位增强的TiC和TiB₂颗粒能弥散分布。

本发明反应混合盐原位反应时自身生成原位TiB₂颗粒，同时反应产生的大量反应热为重熔稀释高质量分数TiC/Al复合材料母体提供热量，并加以快速搅拌等工艺，制备了不同TiB₂、TiC混杂比的原位颗粒增强铝基复合材料，为原位复合材料制备进一步拓展应用提供了依据。原位颗粒混杂增强相比单一原位颗粒增强的铝基复合材料，由于原位生成的弥散细小颗粒的相互作用，材料晶粒度更为细小，颗粒的强化效果更显著，因而材料的各项性能都有明显提高。

具体实施方式

实施例1 纯铝作为基体材料，KBF₄和K₂TiF₆作为反应混合盐，K₂TiF₆∶KBF₄＝0.8∶1；TiC/Al复合材料母体中TiC的质量分数为40％；TiC∶TiB₂为1∶3(以复合材料母体中TiC的量为基准)，反应混合盐和TiC/Al复合材料母体的加入温度700℃，反应时间是10min，搅拌速度为200r/min，制备总质量百分数为8％的原位增强纯铝复合材料(即质量分数TiC、TiB₂分别为2％和6％)。材料的铸态铸态力学性能：σ_b＝151Mpa；σ_0.2＝121Mpa；δ＝5.9％；E＝93.4Gpa。

实施例2 A356作为基体材料，KBF₄和K₂TiF₆作为反应混合盐，K₂TiF₆∶KBF₄＝1∶1；TiC/Al复合材料母体TiC的质量分数为50％；TiC∶TiB₂为1∶1(以复合材料母体中TiC的量为基准)，反应混合盐和TiC/Al复合材料母体的加入温度740℃，反应时间是20min，搅拌速度为600r/min，制备总质量百分数为9％的原位增强纯铝复合材料(即质量分数TiC、TiB₂分别为5％和5％)材料的铸态铸态力学性能：σ_b＝253Mpa；σ_0.2＝204Mpa；δ＝2.3％；E＝91.2Gpa。

实施例3 A356作为基体材料，KBF₄和K₂TiF₆作为反应混合盐，K₂TiF₆∶KBF₄＝1.2∶1；TiC/Al复合材料母体TiC的质量分数为60％；TiC∶TiB₂为3∶1(以复合材料母体中TiC的量为基准)，反应混合盐和TiC/Al复合材料母体的加入温度800℃，反应时间是40min，搅拌速度为800r/min，制备总质量百分数为10％的原位增强纯铝复合材料(即质量分数TiC、TiB₂分别为6％和2％)。材料的铸态铸态力学性能：σ_b＝260Mpa；σ_0.2＝214Mpa；6＝2.7％；E＝90.6Gpa。

Claims

1、一种制备原位混杂增强铝基复合材料的方法，其特征在于，通过同时加入放热弥散法制备的高质量分数TiC/Al的复合材料母体和含有K₂TiF₆和KBF₄的混合反应盐，并加以快速搅拌工艺，控制反应盐配比、TiC/Al复合材料母体TiC的质量分数、搅拌速度、加入的反应温度及反应时间，制备出组织性能优良的TiB₂、TiC混杂增强的原位铝基复合材料，其中所述的含有K₂TiF₆和KBF₄的混合反应盐，K₂TiF₆∶KBF₄＝0.8∶1～1.2∶1，K₂TiF₆和KBF₄两者分别烘干预热，将基体合金在700-800℃温度范围熔化，经保温均匀化，之后加入含有K₂TiF₆和KBF₄的混合反应盐和TiC/Al复合材料母体，并施以搅拌，速度范围在200-800r/mim，其加入后反应时间为10min-40min，待反应完成后清除盐渣，并进行精炼处理后就浇铸材料，TiC/Al的复合材料母体中TiC的质量分数为40～60％。

2、根据权利要求1所述的制备原位混杂铝基复合材料的方法，其特征是，加入的混合反应盐混合均匀且烘干。

3、根据权利要求1所述的原位混杂制备铝基复合材料的方法，其特征是，含有K₂TiF₆和KBF₄的混合反应盐和铝熔体接触，原位反应生成TiB₂颗粒，原位颗粒TiC∶TiB₂的配比为1∶3～3∶1。