一种碳化硼铝基复合材料的回收再生方法技术

本发明专利技术涉及金属基复合材料的制备领域，公开了一种碳化硼铝基复合材料的回收再生方法，包括以下步骤，对待回收的碳化硼铝基复合材料进行清洁，待回收材料中包含有Ti，且至少部分Ti以TiB2化合物的形式包覆在碳化硼颗粒的表面；对待回收材料进铸造以得到新的碳化硼铝基复合材料。本发明专利技术相比于现有技术，由于碳化硼颗粒的表面包覆有TiB2化合物进行保护，故可以在同样的加热温度和加热时间的基础上，显著减少界面反应的发生，降低熔体的黏度；或者在不显著增加界面反应发生的基础上，增加待回收材料的加热温度与加热时间，最终都可以使得待回收材料融化后的熔体具有更高的流动性和均匀性，有助于提升回收再生的成功率和回收形成产品的均匀度。

A Recovery and Regeneration Method for Boron Aluminum Carbide Matrix Composites

The invention relates to the field of preparation of metal matrix composites, and discloses a recycling method of boron-aluminium carbide matrix composites, including the following steps: cleaning the recycled boron-aluminium carbide matrix composites, containing Ti in the recycled materials, and at least part of Ti is coated on the surface of boron carbide particles in the form of TiB2 compound; casting the recycled materials to obtain new ones; B-Aluminum Carbide Matrix Composites. Compared with the existing technology, because the surface of boron carbide particles is protected by TiB2 compound, the interfacial reaction can be significantly reduced and the viscosity of melt can be reduced on the basis of the same heating temperature and time; or on the basis of not significantly increasing the interfacial reaction, the heating temperature and time of the material to be recovered can be increased eventually. The melt after melting of recycled material has higher fluidity and uniformity, which is helpful to improve the success rate of recycling and the uniformity of recycled products.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硼铝基复合材料的回收再生方法
本专利技术涉及金属基复合材料的制备领域，尤其是涉及一种对金属基复合材料浆液进行回收再生的方法。
技术介绍
使用液态搅拌法制备金属基复合材料是一种制备周期短、产品出得率高、坯料组织均匀致密的方法，该方法相对传统的粉末冶金法还具有原材料成本低廉的优点，也更适合数十公斤以上的大批量制备。B4C-Al中子吸收材料是一种典型的陶瓷颗粒增强金属基复合材料，由于其中含有大量能够吸收中子的10B同位素，被广泛应用于核工业、放射性环境的防护吸收材料，并不断得到广大科研、生产人员的优化。该材料可采用液态搅拌法进行制备来大幅度降低成本，但不管采用哪种制备方法，中子吸收材料板材产品的制备都必须经过坯料制备、变形加工、边角料去除的工序，尤其在挤压、轧制工序中，由于该材料脆性大会产生大量的边裂及尺寸不合的头尾料。具公知资料披露，中子吸收材料制备出得率约为65％～90％，即是说仍然有大量的复合材料废料没有得到有效的利用。同时，该种中子吸收材料在几十年的设计寿期内，其中子吸收体10B同位素会因为吸收乏燃料释放的热中子而消耗，但经由设计、计算和实测表明，即使经过近百年的有效服役，该材料中的10B同位素仅消耗约千分之一。综上，对B4C-Al中子吸收材料产品制备过程中产生的废料和未来服役完毕的产品本身进行回收再生，是能够大幅度降低核电相关产业成本的重要工作。然而，现有公知方案中，针对该材料的回收再生存在熔解时间上的矛盾：一方面，为了保证回收的成功和回收形成产品的均匀度，必须增加上述熔融过程的温度和时间；另一方面，现有公知方案中B4C与铝熔体发生严重的界面反应，温度越高时间越长，就会生成越多的反应产物，例如AlB2、Al3BC等脆性相，增加熔体浆料粘度，导致铸造失败。
技术实现思路
为了克服现有技术中关于加热温度高、加热时间长与回收的成功和回收形成产品的均匀度之间的矛盾，本专利技术提供一种碳化硼铝基复合材料的回收再生方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碳化硼铝基复合材料的回收再生方法，包括以下步骤，对待回收的碳化硼铝基复合材料进行清洁，其中，待回收材料中包含有Ti，且至少部分Ti以TiB2化合物的形式包覆在碳化硼颗粒的表面；对待回收材料进铸造以得到新的碳化硼铝基复合材料。作为上述方案的进一步改进方式，还包括以下步骤：制备铝熔体，将清洁后的待回收材料投入铝熔体中进行加热融化。作为上述方案的进一步改进方式，选取具有半固态区间的铝合金制备铝熔体，其中，当对待回收材料进行融化时，维持铝熔体的温度使其高于固相线，并低于液相线；当待回收材料完全融化后，提升铝熔体的温度使其高于液相线。作为上述方案的进一步改进方式，还包括以下步骤：在待回收材料投入铝熔体的之前、同时或者之后，向铝熔体中添加表面包覆有TiB2的碳化硼颗粒。作为上述方案的进一步改进方式，还包括以下步骤：在待回收材料投入铝熔体的之前、同时或者之后，向铝熔体中添加表面未包覆TiB2的碳化硼颗粒，并在添加该碳化硼颗粒的之前或者同时向铝熔体中添加Ti。作为上述方案的进一步改进方式，添加的碳化硼颗粒与添加的Ti的质量比为1:5至1:20。作为上述方案的进一步改进方式，选取Al-Ti合金制备含Ti的铝熔体，在待回收材料投入铝熔体的之前、同时或者之后，向铝熔体中添加表面未包覆TiB2的碳化硼颗粒。作为上述方案的进一步改进方式，还包括以下步骤：对待回收材料进行预热，且预热温度低于铝熔体温度50°～300°。作为上述方案的进一步改进方式，待回收材料的投料速度为：每分钟投料重量占最后总重量的1.5％±0.5％，且完成投料后，待回收材料与铝熔体的质量比为1:0～1:10。作为上述方案的进一步改进方式，采用电磁感应加热的方式对待回收材料进行加热。作为上述方案的进一步改进方式，还包括将待回收材料进行分割的步骤。本专利技术的有益效果是：本专利技术相比于现有技术，由于碳化硼颗粒的表面包覆有TiB2化合物进行保护，故可以在同样的加热温度和加热时间的基础上，显著减少界面反应的发生，降低熔体的黏度；或者在不显著增加界面反应发生的基础上，增加待回收材料的加热温度与加热时间，最终都可以使得待回收材料融化后的熔体具有更高的流动性和均匀性，有助于提升回收再生的成功率和回收形成产品的均匀度。在本专利技术的优选实施例中，选取具有半固态区间的铝合金制备铝熔体，当对待回收材料进行融化时，维持铝熔体的温度使其高于固相线，并低于液相线，如此，熔体中存在的初生相通过搅拌，通过对熔体的搅拌，可以使得初生相不断碰撞待回收材料，从而帮助其加速熔解，缩短融化时间，减少界面反应的发生。当待回收材料完全融化后，提升铝熔体的温度使其高于液相线，从而可以改善浆料的流动性；此外，铝合金熔点较纯铝低，回收温度也低，进一步避免前述恶化性能的界面反应。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术回收再生方法的流程示意图；图2是第一实施例制备的复合材料的显微组织示意图；图3是第二实施例制备的复合材料的显微组织示意图；图4是第三实施例制备的复合材料的显微组织示意图；图5是第四实施例制备的复合材料的显微组织示意图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本专利技术的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本专利技术中所使用的上、下、左、右、前、后等描述仅仅是相对于附图中本专利技术各组成部分的相互位置关系来说的。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本
的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。本专利技术所回收的对象为碳化硼铝基复合材料，该碳化硼铝基复合材料通过液态搅拌法制成，即将碳化硼投入了铝熔体内并进行搅拌，使得碳化硼粉末颗粒在铝熔体内均匀分散，然后对含有碳化硼粉末颗粒的铝熔体注入模具中冷却制得碳化硼铝基复合材料。其中，本专利技术所回收的碳化硼铝基复合材料中还包括有Ti，且至少部分Ti以TiB2化合物的形式包覆在碳化硼颗粒的表面，TiB2化合物可以有效地避免B4C与铝熔体发生界面反应，减少AlB2、Al3BC等脆性相的生成。基于上述碳化硼铝基复合材料，本专利技术提供了一种回收再生方法，参照图1，示出了本专利技术回收再生方法的流程图。其包括以下步骤：一、准备待回收的碳化硼铝基复合材料。具体的，首先是对大体积的待回收材料进行分割，分割后的最长尺寸优选不大于40mm，以方便后续的上料和搅拌。然后对分割后的待回收材料进行清洗以去除表面的脏污，如将待回收材料置于热水中进行刷洗。如果待回收材料表面存在较多的氧化皮，或者经过服役后表面发生了明显腐蚀的情况，则可将其浸泡在浓硝酸中刷洗予以去除，以去除待回收材料中的杂质、氧化物等，同时在待回收材料上形成新鲜的表面帮助其快速熔解。二、对待回收材料进行加热，使其熔融为熔体状态。在加热过程中优选对待回本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硼铝基复合材料的回收再生方法，其特征在于，包括以下步骤，对待回收的碳化硼铝基复合材料进行清洁，其中，待回收材料中包含有Ti，且至少部分Ti以TiB2化合物的形式包覆在碳化硼颗粒的表面；对待回收材料进行加热，使其熔融为熔体状态；对所述熔体进行铸造以得到新的碳化硼铝基复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硼铝基复合材料的回收再生方法，其特征在于，包括以下步骤，对待回收的碳化硼铝基复合材料进行清洁，其中，待回收材料中包含有Ti，且至少部分Ti以TiB2化合物的形式包覆在碳化硼颗粒的表面；对待回收材料进行加热，使其熔融为熔体状态；对所述熔体进行铸造以得到新的碳化硼铝基复合材料。2.根据权利要求1所述的碳化硼铝基复合材料的回收再生方法，其特征在于，还包括以下步骤：制备铝熔体，将清洁后的待回收材料投入所述铝熔体中进行加热融化。3.根据权利要求2所述的碳化硼铝基复合材料的回收再生方法，其特征在于，选取具有半固态区间的铝合金制备所述铝熔体，其中，当对待回收材料进行融化时，维持所述铝熔体的温度使其高于固相线，并低于液相线；当待回收材料完全融化后，提升所述铝熔体的温度使其高于液相线。4.根据权利要求2所述的碳化硼铝基复合材料的回收再生方法，其特征在于，还包括以下步骤：在待回收材料投入所述铝熔体的之前、同时或者之后，向所述铝熔体中添加表面包覆有TiB2的碳化硼颗粒。5.根据权利要求2所述的碳化硼铝基复合材料的回收再生方法，其特征在于，还包括以下步骤：在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丘林，束国刚，刘伟，张腾飞，王靓，郭珍江，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44