CN1327020C - 原位混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种原位混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法,属于复合材料技术领域。本发明包括以下步骤:(1)在坩埚中加入工业纯铝,使铝锭熔化,用高温覆盖剂覆盖,升温;(2)将KBF4、K2TiF6均匀混合,烘干,然后将混合盐加入熔体中,同时使用石英管向熔体中通入N2,然后进行机械搅拌;(3)反应结束后,取出反应熔渣,加入Si、Mg,在熔体中加入无害铝合金精炼剂进行除气精炼,扒去浮渣,然后静置;(4)然后浇注到模具中,得到原位混杂增强铝基复合材料,其组分及其质量百分比为:Si 3~20%、Mg 0.2~3%、TiB2颗粒0.1~25%、AlN颗粒0.1~10%,余量为Al。本发明制备出的铝基复合材料界面干净,颗粒尺寸可以控制,颗粒分布均匀,同时具有工艺简单,成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种复合材料技术领域的制备方法,具体地说,是一种原位混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法。
背景技术
铝基复合材料具有高比强度、高比模量和高比刚度,在航空航天、国防、工业等领域有着广泛的应用。传统的铝基复合材料的制备方法是将增强颗粒外加到铝基体中,由于在铝基体中外加颗粒存在着增强颗粒与基体浸润性差,界面反应难以控制,增强颗粒分布不均匀等缺陷,影响了铝基复合材料的性能。同时采用外加颗粒的制备工艺复杂,成本较高,不利于推广应用。
经对现有技术文献的检索发现,中国专利公开号为:1376805,公开日为:2002.10.30,发明名称为:一种高强度原位铝基复合材料,是采用粉末烧结的方法制备的原位混杂Al2O3、TiB2颗粒增强的铝基复合材料。该方法的原料是铝或铝合金,TiO2和B粉末,经过混粉、冷压,烧结和挤压四个步骤才完成材料的制备,存在原料成本高,制备工艺复杂,无法实现大规模生产等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足,提供一种原位混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法,使其采用混合盐反应同时通入N2进行原位反应的方法制备混杂颗粒增强铝基复合材料,这种制备方法具有原料成本低,制备工艺简单的优点,适于大规模的工业生产,具有很好的推广价值。
本发明是通过以下技术方案实现的,本发明的原位混杂颗粒增强铝基复合材料组分及其质量百分比为:Si3~20%、Mg0.2~3%、TiB2颗粒0.1~25%、AlN颗粒0.1~10%,余量为Al。
本发明包括以下步骤:
(1)在坩埚中加入工业纯铝,使铝锭熔化,用JZF-03型高温覆盖剂覆盖,升温至850~1100℃;
(2)将KBF4、K2TiF6以1∶0.5~1∶2的质量比均匀混合,在150~250℃烘干2~5小时,然后将混合盐加入熔体中,同时使用石英管向熔体中通入N2,流量为5~50ml/min,然后进行机械搅拌,搅拌速度为200~500rpm,搅拌时间为10~60min;
(3)反应结束后,取出发应熔渣,加入Si、Mg,在熔体中加入JZJ型无害铝合金精炼剂进行除气精炼,扒去浮渣,然后静置,静置时间为10~30min,静置温度680~780℃;
(4)然后浇注到模具中,得到原位混杂增强铝基复合材料。
本发明利用混合盐反应在铝基体中生成TiB2和N2气在铝基体中反应生成AlN来制备原位混杂增强铝基复合材料。原位生成的TiB2和AlN颗粒在基体中分布均匀,颗粒表面干净,与基体的界面结合良好。TiB2和AlN颗粒在基体中起到明显的强化作用,提高了材料的强度和模量。这种制备方法工艺简单,原料价格低廉,制备的复合材料具有良好的力学性能和成形能力,可以广泛应用于航空航天、汽车等领域。
本发明制备出的铝基复合材料界面干净,颗粒尺寸可以控制,颗粒分布均匀,同时具有工艺简单,成本低的优点。混杂增强可以改善单一增强体的不足,使各种增强材料的不同性质相互补充,产生混杂效应同时可以提高增强体的含量,进一步提高材料的性能。
具体实施方式
实施例1
本发明材料的组分及其质量百分比为:Si3%、Mg0.2%、TiB2颗粒0.1%、AlN颗粒0.1%,余量为Al。
本发明制备过程如下:
铝锭熔化后,加入覆盖剂覆盖熔体,升温至850℃,将质量比为1∶0.5的KBF4、K2TiF6混合均匀并经过150℃烘干2小时加入到熔体中,同时使用石英管向熔体中通入高纯N2,流量为5ml/min,然后进行搅拌,搅拌速度200rpm,搅拌时间10min。反应结束后取出发应熔渣,加入Si、Mg,在熔体中加入精炼剂进行除气精炼,扒去浮渣,然后静置10min,静置温度680℃,倒入铸模。得到含TiB20.1%、AlN0.1%的原位混杂增强铝基复合材料,经过T6处理的复合材料的力学性能:σb=320MPa,σ0.2=262MPa,δ=3.4%,E=74GPa。
实施例2
本发明材料的组分及其质量百分比为:Si10%、Mg1.5%、TiB2颗粒10%、AlN颗粒5%,余量为Al。
本发明制备过程如下:
铝锭熔化后,升温至950℃,加入覆盖剂覆盖熔体,将质量比为1∶1.2的KBF4、K2TiF6混合均匀并经过200℃烘干4小时加入到熔体中,同时使用石英管向熔体中通入高纯N2,流量为25ml/min,然后进行搅拌,搅拌速度300rpm,搅拌时间40min。反应结束后取出发应熔渣,加入Si、Mg,在熔体中加入精炼剂进行除气精炼,扒去浮渣,然后静置15min,静置温度740℃,倒入铸模,得到含TiB210%、AlN5%的原位混杂增强铝基复合材料。经过T6处理后复合材料的力学性能:σb=370MPa,σ0.2=310MPa,δ=2.1%,E=85GPa。
实施例3
本发明材料的组分及其质量百分比为:Si20%、Mg3%、TiB2颗粒25%、AlN颗粒10%,余量为Al。
本发明制备过程如下:
铝锭熔化后,升温至1100℃,加入覆盖剂覆盖熔体,将质量比为1∶2的KBF4、K2TiF6混合均匀并经过250℃烘干5小时加入到熔体中,同时使用石英管向熔体中通入高纯N2,流量为50ml/min。然后进行搅拌,搅拌速度500rpm,搅拌时间60min。反应结束后取出发应熔渣,加入Si、Mg,在熔体中加入精炼剂进行除气精炼,扒去浮渣,然后静置30min,静置温度780℃,倒入铸模,得到含TiB225%、AlN10%的原位混杂增强铝基复合材料。经过T6处理后复合材料的力学性能:σb=361MPa,σ0.2=305MPa,δ=1.2%,E=92GPa。
Claims (8)
1.一种原位混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在坩埚中加入工业纯铝,使铝锭熔化,用高温覆盖剂覆盖,升温;
(2)将KBF4、K2TiF6均匀混合,烘干,然后将混合盐加入熔体中,同时使用石英管向熔体中通入N2,然后进行机械搅拌;
(3)反应结束后,取出发应熔渣,加入Si、Mg,在熔体中加入无害铝合金精炼剂进行除气精炼,扒去浮渣,然后静置;
(4)然后浇注到模具中,得到原位混杂增强铝基复合材料,所述的原位混杂颗粒增强铝基复合材料的组分及其质量百分比为:Si 3~20%、Mg 0.2~3%、TiB2颗粒0.1~25%、AlN颗粒0.1~10%,余量为Al。
2.根据权利要求1所述的原位混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征是,所述的升温为850~1100℃。
3.根据权利要求1所述的原位混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征是,所述的KBF4、K2TiF6,其质量比为1∶0.5~1∶2。
4.根据权利要求1所述的原位混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征是,所述的烘干,其温度为150~250℃。
5.根据权利要求4所述的原位混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征是,所述的烘干,其时间为2~5小时。
6.根据权利要求1所述的原位混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征是,所述的N2,其流量为5~50ml/min。
7.根据权利要求1所述的原位混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征是,所述的机械搅拌,搅拌速度为200~500rpm,搅拌时间为10~60min。
8.根据权利要求1所述的原位混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征是,所述的静置,其温度680~780℃,其时间为10~30min。
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