一种SiC-Al3Ti增强铝基复合材料的制备方法技术

一种SiC‑Al3Ti增强铝基复合材料的制备方法涉及铝基复合材料技术领域；解决现有技术中SiC颗粒易团聚，合金元素Mg和变质元素Sr易烧损，导致铝基复合材料性能差的问题；具体是制备具有SiC‑Al3Ti复合粉末预制块的850～900℃高温熔体和合金中加入了纯镁、铝铜、铝锶中间合金制备的580～620℃低温熔体，然后将低温熔体加入到高温熔体中获得铝基复合材料；高低温混合处理有利于高温下形成的Al3Ti金属间化合物可以使SiC和铝基体保持良好的界面结合，并且基体晶粒得到细化；本方法制备工艺操作简单，可以有效的提高铝基复合材料的综合性能。

Fabrication of a SiC-Al3Ti Reinforced Aluminum Matrix Composite

【技术实现步骤摘要】
一种SiC-Al3Ti增强铝基复合材料的制备方法
本专利技术属于铝基复合材料
，具体涉及一种SiC-Al3Ti增强铝基复合材料制备方法。
技术介绍
颗粒增强金属基复合材料，特别是SiC颗粒增强铝基复合材料综合性能好，在航空航天、国防、汽车和海洋装备等领域得到了一定的应用，但铝基复合材料存在SiC颗粒与铝基体润湿性差，导致性能降低，影响了其广泛使用。为了改善SiC颗粒与熔体中的界面结合强度，降低合金元素和变质元素的烧损，优化制备方法进行复合材料制备是一个重要的研究方向。通过对现有技术文献调研表明，中国专利CN109022948A提出了具有高温耐磨性的SiC颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，包括：首先使用真空熔炼搅拌铸造设备在700～800℃下熔炼基体合金，然后加入微米级SiC颗粒，最后在550～570℃下半固态搅拌，浇铸成型，进行热处理。该方法制备复合材料的优点是通过合金相图，对基体合金成分进行设计，选用适量的元素含量，使基体合金热处理后出现耐高温硬质相，保证其在高温下的基体硬度，同时添加了SiC增强相，进一步提升复合材料的耐高温性能。缺点是是半固态的温度很难控制，不利于SiC颗粒在铝液中的均匀分布，致使SiC颗粒团聚现象严重，而且SiC颗粒与铝基体润湿性差，界面结合强度低，没有考虑Mg和Sr的烧损，影响复合材料的增强效果，从而对复合材料的性能产生不利影响。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术存在的不足，提供了一种SiC-Al3Ti增强铝基复合材料的制备方法，目的是改善SiC颗粒和铝熔体之间的润湿性，有利于SiC和Al3Ti复合增强相均匀分布，解决现有技术中SiC颗粒易团聚，合金元素Mg和变质元素Sr易烧损，导致铝基复合材料性能差的问题。本专利技术是通过如下技术方案实现的。一种SiC-Al3Ti增强铝基复合材料的制备方法，制备高温熔体和低温熔体，然后将低温熔体加入到高温熔体中获得铝基复合材料，具体包括以下步骤。a）高温熔体的制备：将纯铝溶化至780～820℃，将预热的预制块加入到纯铝熔体中，得到熔体A；在760℃～800℃下对熔体A进行均匀化处理10～30min；然后在730～760℃之间精炼10～30min，之后将熔体A温度升至850～900℃保温待用，得到高温熔体。所述的预制块是SiC-Al3Ti复合粉末预制块。b）低温熔体的制备：将合金熔化至700～730℃，加入铝铜中间合金、铝锶中间合金和纯镁，保温静置得到熔体B；然后将熔体B升温至740～750℃精炼10～30min，随后降温至580～620℃保温待用，得到低温熔体。c）高低温熔体混合处理：将所述的低温熔体倒入所述高温熔体中，混合后熔体温度维持在680～720℃，采用高能超声对混后合熔体处理30s～60s，然后迅速浇铸至模具中，获得SiC-Al3Ti协同增强铝基复合材料。优选的，所述的SiC-Al3Ti复合粉末预制块的制备方法是：将SiC粉末在850-950℃下进行高温氧化；将高温氧化后的SiC粉与Ti粉、Al粉进行球磨混合，之后压制成块并干燥4～10小时。优选的，所述球磨混合的球磨时间为8～16h，转速200～300r/min。优选的，步骤a所述的均匀化是采用机械搅拌或高能超声处理。优选的，所述步骤c的高能超声的功率为1-3KW。优选的，制备的复合材料由以下质量百分比的组分构成：Si6.5～7.5份、Cu0.1～1.8份、Mg0.2～0.6份、Mn0.1～0.3份、Ti≤0.1份、Zr≤0.1份、Fe0.1～0.9份、其余为纯铝。优选的，所述SiC-Al3Ti复合粉末预制块包括质量百分比1-7%的微米级SiC颗粒和质量百分比为1-3%Al3Ti。本专利技术通过制备高温熔体和低温熔体，然后将低温熔体加入高温熔体的方式制备铝基复合材料。在制备高温熔体的过程中，温度在800～900℃范围内，能显著提高体系的润湿性，降低了Al/SiC之间的界面能，改善了润湿性，Ti是一种强碳化物形成元素，与SiC有较强的亲和力，降低Al/SiC之间的界面能，改善Al/SiC体系润湿性，并在界面上发生反应：SiC+Ti→TixSiy+TiC，从而Al4C3的生成量减少，对复合材料的制备起到积极的作用，Ti在固液界面的吸附作用有利于改善SiC颗粒和铝熔体之间的润湿性，有利于SiC和Al3Ti复合增强相在熔体中的均匀分布。在制备低温熔体的过程中，温度在580～620℃范围内，有利于减少变质元素Sr的烧损，从而保证共晶硅的形核及长大，细化晶粒，同时减少合金元素Mg的烧损，保证了足够的析出相Mg2Si，Mg2Si相具有高熔点和高硬度。因此有利于提高复合材料的力学性能。本专利技术相对于现有技术所产生的有益效果为。本专利技术通过在高温熔体中添加SiC颗粒和活性元素Ti，减少Al/SiC之间的界面能，同时抑制了脆性相Al4C3的生成，提高了SiC和铝熔体之间的润湿性，促进了SiC和Al3Ti复合增强相在熔体中的均匀分布。低温熔体中添加的合金化元素Mg、变质元素Sr，促进了共晶硅的形核及长大，使熔体中有足够多的析出相Mg2Si。经过高低温混合处理制备的复合材料，有利于高温下形成的Al3Ti金属间化合物可以使SiC和铝基体保持良好的界面结合，并且基体晶粒得到细化，而且复合材料的硬度大幅度提高。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合实施例详细说明本专利技术的技术方案，但保护范围不被此限制。实施例1步骤1：SiC-Al3Ti复合粉末预制块的制备：1）对SiC粉末进行清洗，并在箱式炉中850-950℃下进行高温氧化。2）将步骤1的SiC粉和Ti粉、Al粉采用行星球磨机真空条件下球磨混合，球磨时间16h，转速250r/min。3）通过压片机将步骤2的复合粉末压成圆柱体预制块。SiC-Al3Ti复合粉末预制块包括质量百分比5%的微米级SiC颗粒和质量百分比为1%Al3Ti。4）将步骤3的预制块在110℃真空干燥箱中干燥5小时。步骤2：高温熔体的制备：1）SiC-Al-Ti复合粉末预制块预热：预热温度300～400℃，预热时间1小时以上。2）将占总熔体质量30%的纯铝熔化至780℃，将步骤1预热的预制块加入到纯铝熔体中。3）在800℃下采用机械搅拌对步骤2的熔体进行均匀化处理20min。4）在730～760℃之间向均匀化处理后的熔体喷吹氩气进行精炼30min，将温度升至900℃保温待用。步骤3：低温熔体的制备：1）将一定量的ZL102合金熔化至700～730℃，随后加入一定量的铝铜中间合金、铝锶中间合金和纯镁，保温静置10min。2）待步骤1的熔体升温至740～750℃，向熔体中喷吹氩气进行精炼30min，随后降温至580～620℃保温待用。步骤4：高低温熔体混合处理：将步骤3制备的低温熔体倒入步骤2的高温熔体中，混合后熔体温度为680～720℃，采用2KW高能超声对混合熔体进行处理60s，然后迅速浇铸至锭模或砂型、金属型模具中，获得SiC-Al3Ti协同增强铝基复合材料。制备的复合材料由以下质量百分比含量6.5%的Si、1.5%的Cu、0.3%的Mg、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiC‑Al3Ti增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，制备高温熔体和低温熔体，然后将低温熔体加入到高温熔体中获得铝基复合材料；具体包括以下步骤：a）高温熔体的制备：将纯铝溶化至780～820℃，将预热的预制块加入到纯铝熔体中，得到熔体A；在760℃～800℃下对熔体A进行均匀化处理10～30min；然后在730～760℃之间精炼10～30min，之后将熔体A温度升至850～900℃保温待用，得到高温熔体；所述的预制块是SiC‑Al3Ti复合粉末预制块；b）低温熔体的制备：将合金熔化至700～730℃，加入铝铜中间合金、铝锶中间合金和纯镁，保温静置得到熔体B；然后将熔体B升温至740～750℃精炼10～30min，随后降温至580～620℃保温待用，得到低温熔体；c）高低温熔体混合处理：将所述的低温熔体倒入所述高温熔体中，混合后熔体温度维持在680～720℃，采用高能超声对混后合熔体处理30s～60s，然后迅速浇铸至模具中，获得SiC‑Al3Ti增强铝基复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种SiC-Al3Ti增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，制备高温熔体和低温熔体，然后将低温熔体加入到高温熔体中获得铝基复合材料；具体包括以下步骤：a）高温熔体的制备：将纯铝溶化至780～820℃，将预热的预制块加入到纯铝熔体中，得到熔体A；在760℃～800℃下对熔体A进行均匀化处理10～30min；然后在730～760℃之间精炼10～30min，之后将熔体A温度升至850～900℃保温待用，得到高温熔体；所述的预制块是SiC-Al3Ti复合粉末预制块；b）低温熔体的制备：将合金熔化至700～730℃，加入铝铜中间合金、铝锶中间合金和纯镁，保温静置得到熔体B；然后将熔体B升温至740～750℃精炼10～30min，随后降温至580～620℃保温待用，得到低温熔体；c）高低温熔体混合处理：将所述的低温熔体倒入所述高温熔体中，混合后熔体温度维持在680～720℃，采用高能超声对混后合熔体处理30s～60s，然后迅速浇铸至模具中，获得SiC-Al3Ti增强铝基复合材料。2.根据权利要求1所述的一种SiC-Al3Ti增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的SiC-Al3Ti复合粉末预制块的制备方法是...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宏，陈诚诚，张文达，毛红奎，任霁萍，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14