CN1986859A - 颗粒混杂增强铝基复合材料 - Google Patents

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Abstract

一种颗粒混杂增强铝基复合材料，属于复合材料技术领域。本发明的组分及其重量百分比为：Al2O3颗粒1～30％、TiB2颗粒1～30％，余量为Al或Al合金，其中TiB2颗粒和Al2O3颗粒摩尔比为1∶1。Al2O3颗粒和TiB2颗粒的尺寸在50～300nm。Al2O3颗粒为圆形，TiB2颗粒为六方形和长方体，Al2O3颗粒和TiB2颗粒均匀分布于基体中，界面干净。本发明解决了以往混杂颗粒增强铝基复合材料存在的材料分布不均匀的缺陷，Al2O3和TiB2颗粒在基体中弥散分布，起到了强化作用，使基体的强度和模量得到明显提高。

Description

颗粒混杂增强铝基复合材料
技术领域
本发明涉及的是一种复合材料技术领域的铝基材料，具体地说，是一种颗粒混杂增强铝基复合材料。
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。混杂增强可以改善单一增强体的不足，使各种增强材料不同性质的相互补充，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。
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。该复合材料的Al2O3、TiB2颗粒摩尔比2∶(3±0.15)，由于Al2O3、TiB2颗粒密度大于铝，而且TiB2颗粒比TiB2颗粒密度大，因此过高的TiB2颗粒含量容易造成复合材料中增强颗粒分布不均匀，影响了复合材料的性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种颗粒混杂增强铝基复合材料，使其解决了以往混杂颗粒增强铝基复合材料存在的增强颗粒分布不均匀的缺陷，通过调节Al2O3和TiB2颗粒的比例，使增强颗粒在基体中弥散分布，界面干净，结合良好，起到了强化作用，使基体的强度和模量得到明显提高。
本发明是通过以下技术方案实现的，所述的颗粒混杂增强铝基复合材料的组分及重量百分比为：TiB2颗粒1～30％，Al2O3颗粒1～30％，余量为Al或Al合金。其中TiB2颗粒和Al2O3颗粒摩尔比为1∶1。
所述的Al2O3颗粒和TiB2颗粒的尺寸在50～300nm。
所述的Al2O3颗粒形状为园形，TiB2颗粒形状为六方形和长方体，Al2O3颗粒和TiB2颗粒均匀分布于基体中，界面干净。
在本发明的复合材料中，原位自生的TiB2和Al2O3颗粒能够抑制晶粒的长大，细化晶粒尺寸；TiB2和和Al2O3颗粒的尺寸在亚微米级，能够有效的阻碍位错运动，起到强化作用。TiB2和Al2O3颗粒与基体界面干净，结合良好，能够起到传递载荷的作用。TiB2和Al2O3颗粒的存在使复合材料的强度和模量与基体相比有了明显的提高。
本发明上述的颗粒混杂增强铝基复合材料，其制备方法如下：
(1)在坩埚中加入工业纯铝，使铝锭熔化，用Ar气保护，升温至850～1100℃；
(2)将Na2B4O7、K2TiF6以1∶0.9～1∶4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，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，加入合金元素，在熔体中通入Ar气进行除气精炼，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，得到颗粒混杂增强铝基复合材料。
本发明解决了以往混杂颗粒增强铝基复合材料存在的材料分布不均匀的缺陷。本发明利用在铝基体中反应生成TiB2和Al2O3颗粒来制备原位混杂增强铝基复合材料。原位生成的TiB2和Al2O3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Al2O3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。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例材料的组分及其重量百分比为：TiB2颗粒1％、Al2O3颗粒1％，余量为Al。
铝锭熔化后，用Ar气保护，升温至850℃，将质量比为1∶0.9的Na2B4O7、K2TiF6混合均匀并经过150℃烘干2小时加入到熔体中，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，在熔体中通入Ar气进行除气精炼，扒去浮渣，然后静置10min，静置温度680℃，倒入铸模。得到含TiB21％、Al2O31％的复合材料铸锭，将铸锭进行挤压加工后，经T6处理。
在复合材料中Al2O3和TiB2颗粒的尺寸在50～300nm，Al2O3颗粒为圆形，TiB2颗粒为六方形和长方体。材料致密均匀，Al2O3和TiB2增强颗粒弥散分布在基体中，Al2O3和TiB2与基体界面干净，结合良好。复合材料的力学性能：σb＝198MPa，σ0.2＝145MPa，δ＝6％，E＝74GPa。
实施例2
本实施例材料的组分及其重量百分比为：TiB2颗粒15％、Al2O3颗粒15％，余量为Al合金2024。
铝锭熔化后，用Ar气保护，升温至950℃，，将质量比为1∶1.2的Na2B4O7、K2TiF6混合均匀并经过200℃烘干4小时加入到熔体中，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，加入合金元素，在熔体中通入Ar气进行除气精炼，扒去浮渣，然后静置15min，静置温度740℃，倒入铸模，得到含TiB215％、Al2O3 15％的复合材料铸锭。将铸锭进行挤压加工后，T6热处理。
在复合材料中Al2O3和TiB2颗粒的尺寸在50～300nm，Al2O3颗粒为圆形，TiB2颗粒为六方形和长方体。材料致密均匀，Al2O3和TiB2增强颗粒弥散分布在基体中，Al2O3和TiB2与基体界面干净，结合良好。经过T6处理的复合材料的力学性能：σb＝560MPa，σ0.2＝472MPa，δ＝4.1％，E＝86GPa。
实施例3
本实施例材料的组分及其重量百分比为：TiB2颗粒30％、Al2O3颗粒30％，余量为Al合金7075。
铝锭熔化后，用Ar气保护，升温至1100℃，将质量比为1∶1.4的Na2B4O7、K2TiF6混合均匀并经过250℃烘干5小时加入到熔体中，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，加入合金元素，在熔体中通入Ar气进行除气精炼，扒去浮渣，然后静置30min，静置温度780℃，倒入铸模，得到含TiB230％、Al2O3 30％的复合材料铸锭。将铸锭进行挤压加工后，T6热处理处理。
在复合材料中Al2O3和TiB2颗粒的尺寸在50～300nm，Al2O3颗粒形状为圆形，TiB2颗粒主要为六方形和长方体。材料致密均匀，Al2O3和TiB2增强颗粒弥散分布在基体中，Al2O3和TiB2与基体界面干净，结合良好。经过T6处理的复合材料的力学性能：σb＝763MPa，σ0.2＝734MPa，δ＝2.2％，E＝125GPa。

Claims (6)

1.一种颗粒混杂增强铝基复合材料，其特征在于，其组分及其重量百分比为：TiB2颗粒1～30％、Al2O3颗粒1～30％，余量为Al或Al合金。
2.根据权利要求1所述的颗粒混杂增强铝基复合材料，其特征是，所述的TiB2颗粒和Al2O3颗粒摩尔比为1∶1。
3.根据权利要求1或2所述的颗粒混杂增强铝基复合材料，其特征是，所述的Al2O3颗粒的尺寸为50～300nm。
4.根据权利要求1或2所述的颗粒混杂增强铝基复合材料，其特征是，所述的Al2O3颗粒，其形状为圆形，Al2O3颗粒均匀分布于基体中，界面干净。
5.根据权利要求1或2所述的原位混杂颗粒增强铝基复合材料，其特征是，所述的TiB2颗粒的尺寸为50～300nm。
6.根据权利要求1或2所述的颗粒混杂增强铝基复合材料，其特征是，所述的TiB2颗粒，其形状为六方形或长方体，TiB2颗粒均匀分布于基体中，界面干净。
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CN109234561A (zh) * 2018-10-31 2019-01-18 江苏大学 一种原位双相纳米颗粒增强铝基复合材料的制备方法

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