CN1727505A - 原位颗粒增强铝基复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种原位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。本发明材料的组分及其质量百分比为：Zn 5～10％，Mg 1～3％，Cu 2～4％、Cr 0.1～0.5％，TiB₂增强颗粒0.1～40％，余量为Al，制备过程包括以下步骤：(1)在坩埚中加入工业纯铝，加热，然后用高温覆盖剂覆盖，升温；(2)将KBF₄、K₂TiF₆均匀混合，烘干后加入熔体中，机械搅拌；(3)反应结束后，取出反应副产物，加入合金，在熔体中加入无害铝合金精炼剂进行除气精炼，静置，然后浇入铸模形成铸坯；(4)将铸坯均匀化处理，车削扒皮，然后进行热挤压；(5)将挤压出的复合材料进行固溶时效处理。本发明制备的材料中基体和增强颗粒的界面干净，颗粒分布均匀，具有良好的力学性能。

Description

原位颗粒增强铝基复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种属于材料技术领域的制备方法，具体地说，是一种原位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、热膨胀系数小等优点，在航空航天、国防、工业等领域有着广泛的应用。铝基复合材料的制备方法有搅拌铸造、挤压铸造、真空压力浸渗、机械合金化、粉末冶金等工艺。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。而通过原位方法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。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为：1510153，公开日为：2004.07.07，发明名称为：高强高塑颗粒增强铝基复合材料及其制造方法，该专利的制备方法是将增强颗粒外加到铝合金粉末中混合均匀，然后进行热压和热加工。该方法存在着外加增强颗粒价格高，制备工艺复杂，不适合于大规模生产的问题，同时制备的复合材料中增强颗粒与基体浸润性差、增强颗粒与界面反应不易控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种原位颗粒增强铝基复合材料的制备方法，使其采用混合盐法和热挤压工艺制备复合材料，制备原料价格低廉，生产工艺简单，可以制备出大尺寸铸坯，适合与大规模生产，制备的复合材料中基体和增强颗粒的界面干净，结合良好，颗粒分布均匀，具有良好的力学性能。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

(1)在坩埚中加入工业纯铝，加热使铝锭熔化，然后用JZF-03型高温覆盖剂覆盖，升温至680～1000℃；

(2)将KBF₄、K₂TiF₆以1∶0.5～1∶2质量比均匀混合，烘干后加入熔体中，进行机械搅拌；

(3)反应结束后，取出反应副产物，加入工业纯Mg、工业纯Zn、Al-Cu、Al-Cr中间合金，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，静置10～30min，静置温度680～780℃。然后浇入铸模形成铸坯；

(4)将铸坯均匀化处理，均匀化的工艺为加热温度420～470℃，保温20～36h，车削扒皮，然后进行热挤压，挤压时铸坯预热温度420～470℃，挤压比10～50；

(5)将挤压出的复合材料进行固溶时效处理，固溶温度430～470℃，保温时间50～150min，室温水淬；时效温度120～150℃，保温时间20～38h后，然后浇注到模具中，得到原位颗粒增强超高强铝基复合材料。

所述的原位颗粒增强超高强铝基复合材料，组分及其质量百分比为：Zn 5～10％，Mg 1～3％，Cu 2～4％、Cr 0.1～0.5％，TiB₂增强颗粒0.1～40％，余量为Al。

本发明的制备方法解决了外加增强颗粒与基体浸润性差、增强颗粒与界面反应不易控制，颗粒与基体的界面结合不好的问题。该制备方法将混合盐反应和热挤压结合起来，通过混合盐反应在铝基体中生成原位的TiB₂增强颗粒，通过热挤压产生的挤压效应使材料得到进一步的强化，从而制备出超高强铝基复合材料。这种制备方法具有工艺简单，原料成本低，适合大规模生产的优点，可以广泛应用于航空航天、汽车等领域的超高强铝基复合材料的制备，具有良好的推广价值。本发明制备的材料，其抗拉强度在700MPa以上。

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：Zn 5％、Mg 1％、Cu 2％、Cr 0.1％、TiB₂增强颗粒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680℃，将质量比为1∶0.5的KBF₄、K₂TiF₆混合均匀烘干后加入到熔体中，进行搅拌，反应结束后，取出发应副产物，加入Mg、Zn，Al-Cr、Al-Cu，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，将铸坯在420℃保温20h进行均匀化退火，车削扒皮，预热420℃后以10的挤压比挤压成棒材。固溶温度430℃，保温50min，室温水淬，然后进行120℃×38h的时效处理，材料的力学性能：σ_b＝713MPa，σ_0.2＝650MPa，δ＝4％，E＝81GPa。

实施例2

本发明材料的组分及其质量百分比为：Zn 7％、Mg 1.5％、Cu 3％、Cr 0.3％、TiB₂增强颗粒20％，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∶1.5的KBF₄、K₂TiF₆混合均匀烘干后加入到熔体中，进行搅拌，反应结束后，取出发应副产物，加入Mg、Zn，Al-Cr、Al-Cu，在熔体中加入精炼剂进行除气精炼，扒去浮渣，然后静置20min，静置温度720℃，倒入铸模，将铸坯在450℃保温30h进行均匀化退火，车削扒皮，预热450℃后在压机上挤压成棒材，挤压比30，固溶温度450℃，保温100分钟，室温水淬，然后进行130℃×28h的时效处理。材料的力学性能：σ_b＝741MPa，σ_0.2＝683MPa，δ＝4.6％，E＝92GPa。

实施例3

本发明材料的组分及其质量百分比为：Zn 10％、Mg 3％、Cu 4％、Cr 0.5％、TiB₂增强颗粒40％，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1000℃，将将质量比为1∶2的KBF₄、K₂TiF₆混合均匀烘干后加入到熔体中，进行搅拌，反应结束后，取出发应副产物，加入Mg、Zn、Al-Cr、Al-Cu，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，将铸坯在470℃保温36h进行均匀化退火，车削扒皮，预热470℃后在压机上挤压成棒材，挤压比50，固溶温度470℃，保温50分钟，室温水淬，然后进行170℃×20h的时效处理。材料的力学性能：σ_b＝931MPa，σ_0.2＝840MPa，δ＝4.7％，E＝113GPa。

Claims (10)

1.一种原位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，加热使铝锭熔化，然后用高温覆盖剂覆盖，升温；

(2)将KBF₄、K₂TiF₆以1∶0.5～1∶2质量比均匀混合，烘干后加入熔体中，进行机械搅拌；

(3)反应结束后，取出反应副产物，加入工业纯Mg、工业纯Zn、Al-Cu、Al-Cr中间合金，在熔体中加入无害铝合金精炼剂进行除气精炼，扒去浮渣，静置，然后浇入铸模形成铸坯；

(4)将铸坯均匀化处理，车削扒皮，然后进行热挤压；

(5)将挤压出的复合材料进行固溶时效处理，室温水淬后，浇注到模具中，得到原位颗粒增强超高强铝基复合材料，

所述的原位颗粒增强超高强铝基复合材料，其组分及其质量百分比为：Zn 5～10％，Mg 1～3％，Cu 2～4％、Cr 0.1～0.5％，TiB₂增强颗粒0.1～40％，余量为Al。

2.根据权利要求1所述的原位颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的高温覆盖剂是指JZF-03型高温覆盖剂。

3.根据权利要求1所述的原位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680～1000℃。

4.根据权利要求1所述的原位颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的无害铝合金精炼剂是JZJ型无害铝合金精炼剂。

5.根据权利要求1所述的原位颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的静置，其温度为680～780℃，时间为10～30min。

6.根据权利要求1所述的原位颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的均匀化处理，其加热温度420～470℃，保温20～36h。

7.根据权利要求1所述的原位颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的热挤压，其挤压时铸坯预热温度420～470℃。

8.根据权利要求7所述的原位颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的热挤压，其挤压比10～50。

9.根据权利要求1所述的原位颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的固溶时效处理，固溶温度430～470℃，保温时间50～150min。

10.根据权利要求9所述的原位颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的固溶时效处理，时效温度120～150℃，保温时间20～38h。