CN1727506A - 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，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

原位混杂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：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：Si 3％、Mg 0.2％、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％、AlN 0.1％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：Si 10％、Mg 1.5％、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TiB2 10％、AlN 5％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：Si 20％、Mg 3％、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％、AlN 10％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 (10)

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℃。
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KBF4、K2TiF6，其质量比为1∶0.5～1∶2。
5.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℃。
6.根据权利要求5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。
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N2，其流量为5～50ml/min。
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，所述的机械搅拌，搅拌速度为200～500rpm，搅拌时间为10～60min。
9.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，所述的无害铝合金精炼剂是JZJ型无害铝合金精炼剂。
10.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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