CN100443605C - 颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法 - Google Patents

颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种复合材料技术领域的颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法。本发明步骤：(1)在坩埚中加入工业纯铝，使铝锭熔化，用Ar气保护，升温；(2)将Na2B4O7、K2TiF6均匀混合，烘干，然后将混合盐加入熔体中，然后进行机械搅拌；(3)反应结束后，取出发应熔渣，加入合金元素，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，得到复合材料铸锭，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。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

颗粒混杂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，是一种颗粒混杂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，提供一种原位颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，即采用混合盐反应制备混杂颗粒增强铝基复合材料，使其具有原料成本低，制备工艺简单的优点，适于大规模的工业生产。
本发明是通过以下技术方案实现的，所述的原位颗粒混杂增强铝基复合材料，其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。制备步骤如下：
(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∶1.4的质量比均匀混合，在150～250℃烘干2～5小时，然后将Na2B4O7、K2TiF6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，得到复合材料铸锭。
本发明利用混合盐反应铝基体中反应生成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
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
本实施例要制备的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。
本实施例制备过程如下：
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TiB2 1％、Al2O3 1％的复合材料铸锭，将铸锭进行挤压加工后，经过T6处理的复合材料的力学性能：σh＝198MPa，σ0.2＝145MPa，δ＝6％，E＝74GPa。
实施例2
本实施例要制备的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。
本实施例制备过程如下：
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TiB2 15％、Al2O3 15％的复合材料铸锭。将铸锭进行挤压加工后，T6热处理，复合材料的力学性能：σh＝560MPa，σ0.2＝472MPa，δ＝4.1％，E＝86GPa。
实施例3
本实施例要制备的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。
本实施例制备过程如下：
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％、Al2O330％的复合材料铸锭。将铸锭进行挤压加工后，T6热处理处理，复合材料的力学性能：σh＝763MPa，σ0.2＝734MPa，δ＝2.2％，E＝125GPa。

Claims (10)

1.一种颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
(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Na2B4O7、K2TiF6均匀混合，烘干，然后将Na2B4O7、K2TiF6混合盐加入熔体中，同时进行机械搅拌；
(3)反应结束后，取出反应熔渣，加入合金元素，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，得到复合材料铸锭；
所述的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％，余量为铝合金。
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所述的颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的Na2B4O7、K2TiF6，其质量比为1∶0.9～1∶1.4。
4.根据权利要求1所述的颗粒混杂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1或4所述的颗粒混杂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所述的颗粒混杂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。
7.根据权利要求1所述的颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的除气精炼，使用的是Ar气。
8.根据权利要求7所述的颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的Ar气，其流量为2-10ml/min。
9.根据权利要求1所述的颗粒混杂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℃。
10.根据权利要求1或9所述的颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的静置，其时间为10～30min。
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