一种Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料及其制备方法，由预制块加入到铝液中制成；预制块由如下组分组成：Al粉、纳米TiO2粉、活性碳粉和Mg粉，在预制块中Al粉、纳米TiO2粉和活性碳粉三者的物质的量之比为4：3：3，Mg粉在预制块中的质量分数大于或等于0.5％且小于或等于3％；预制块与铝液的质量之比为1:20～1:7。Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料的制备方法包括如下步骤：(1)配料；(2)球磨；(3)冷压；(4)制备。

【技术实现步骤摘要】
一种Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种TiC-Al2O3/Al基复合材料及制备工艺，特别涉及一种Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料及其制备方法。
技术介绍
原位反应是在金属熔体内直接反应生成一种或几种热力学稳定的增强相的一种材料复合方法，它与传统的外加法复合工艺相比，增强相无二次污染，与熔体的润湿性好，生成的颗粒细小，因而具有更高的强度、弹性模量。很多研究人员用不同的原位反应方法生成颗粒增强铝基复合材料，其中用自由能高的氧化物还原生成自由能低的氧化物形成增强颗粒和用单质合成增强颗粒制备颗粒增强金属基复合材料成为人们研究的热点。国内外在这方面已做了一定的研究，但目前还没有形成大规模生产，主要问题在于：一方面，原位制备TiC-Al2O3/Al基复合材料过程中，反应难以控制，生成增强相的同时，会产生一些有害副产物如Al3Ti。另一方面，产生的颗粒容易发生偏聚。另外，由于颗粒的密度与基体的不同，会导致颗粒的沉降而使组织上下不均匀。因此，研制出铝合金熔体与增强相颗粒能够完全湿润而不产生副产物或优化副产物形貌，并能使颗粒弥散分布的TiC-Al2O3/Al基复合材料十分必要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术在于提供一种组织均匀、增强颗粒细小、副产物Al3Ti少、耐磨性好的Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料及其制备方法。为解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：一种Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料，由预制块加入到900℃～1100℃的铝液中制成；预制块由如下组分组成：Al粉、纳米TiO2粉、活性碳粉和Mg粉，在预制块中Al粉、纳米TiO2粉和活性碳粉三者的物质的量之比为4：3：3，Mg粉在预制块中的质量分数大于或等于0.5％且小于或等于3％；预制块与铝液的质量之比为1:20～1:7。上述Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料，Al粉的纯度大于或等于99.9wt％、粒度为40～50μm。上述Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料，纳米TiO2粉的纯度大于或等于99wt％、粒度为20～30nm。上述Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料，活性碳粉的纯度大于或等于99wt％、粒度为40～50μm。上述Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料，Mg粉的纯度大于或等于99wt％、粒度为100～150μm。上述Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)配料：配备制备预制块的原料，预制块由如下原料组分组成：Al粉、纳米TiO2粉、活性碳粉和Mg粉，在预制块中Al粉、纳米TiO2粉和活性碳粉三者的物质的量之比为4：3：3，Mg粉在预制块中的质量分数大于或等于0.5％且小于或等于3％；(2)球磨：将步骤(1)中配好的粉体球磨0.5-2h，球磨溶剂为无水乙醇、丙酮、乙酸乙酯和2-甲氧基乙醇中的一种或多种，球磨溶剂的质量与预制块的原料总质量之比为1:15～1:25；球磨溶剂的加入有利于防止粉体与空气中的氧气发生氧化反应，但是过多的球磨溶剂加入，不仅会浪费球磨溶剂，还不利于将粉体进一步磨细，降低复合材料的耐磨性能；球磨溶剂太少，不利于粉体均匀分散，使得制备时不能反应完全，更不利于复合材料耐磨性能的提高；(3)冷压：冷压成致密度为40～50％、直径为30mm、高度为10mm的圆柱形预制块；(4)制备：按照预制块与铝液的质量之比为1:20～1:7，用铝箔将预制块包好并预热至200℃-350℃，然后加入900℃～1100℃的铝液中进行反应；待耀眼火光熄灭后，用石墨搅拌器快速搅拌2-10min，850～900℃保温2-10min出炉降温至780～800℃，用预热的钟罩压入C2Cl6除气、静置，730-750℃浇入经300℃预热的钢质模具制成圆柱铸锭，钢质模具的内径30mm、外径40mm、高100mm。上述Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料的制备方法，Al粉的纯度大于或等于99.9wt％、粒度为40～50μm。上述Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料的制备方法，纳米TiO2粉的纯度大于或等于99wt％、粒度为20～30nm。上述Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料的制备方法，活性碳粉的纯度大于或等于99wt％、粒度为40～50μm。上述Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料的制备方法，Mg粉的纯度大于或等于99wt％、粒度为100～150μm。本专利技术的有益效果是：本专利技术以非金属粉体TiO2作为反应材料，通过与Al发生还原反应生成Al2O3和单质Ti，同时反应生成的Ti再与C粉反应生成TiC，制备TiC和Al2O3双颗粒增强的Al基复合材料。与传统单质Ti、B粉原位合成法相比，Al-TiO2-C置换反应生成增强相的原位反应体系，使用材料为非金属氧化物，势必明显降低原材料成本。本专利技术通过向合金熔体中加入Mg元素来改善TiC-Al2O3/Al基复合材料中TiC、Al2O3颗粒的分布状态，改善增强体与基体界面结合状况，从而提高材料的耐磨性能。附图说明图1a-图1d为不同Mg含量TiC-Al2O3/Al复合材料组织；图1a为实施例1中TiC-Al2O3/Al复合材料组织；图1b为实施例2中TiC-Al2O3/Al复合材料组织；图1c为实施例3中TiC-Al2O3/Al复合材料组织；图1d为实施例4中TiC-Al2O3/Al复合材料组织；图2a-图2d为不同Mg含量TiC-Al2O3/Al基复合材料XRD图；图2a为实施例1中TiC-Al2O3/Al基复合材料XRD图；图2b为实施例2中TiC-Al2O3/Al基复合材料XRD图；图2c为实施例3中TiC-Al2O3/Al基复合材料XRD图；图2d为实施例4中TiC-Al2O3/Al基复合材料XRD图；图3a-图3e为不同Mg含量TiC-Al2O3/Al基复合材料SEM照片及相能谱；图3a为实施例1中TiC-Al2O3/Al基复合材料SEM照片；图3b为实施例3中TiC-Al2O3/Al基复合材料SEM照片；图3c为实施例4中TiC-Al2O3/Al基复合材料SEM照片；图3d为针状相能谱；图3e为灰白色颗粒能谱；图4a-图4d为TiC-Al2O3/Al基复合材料扫描电镜照片及其中Al2O3颗粒能谱；图4a为实施例1中TiC-Al2O3/Al基复合材料扫描电镜照片；图4b为实施例2中TiC-Al2O3/Al基复合材料扫描电镜照片；图4c为图4a中黑色颗粒能谱；图4d为图4b中黑色颗粒能谱；图5TiC-Al2O3/Al复合材料与基体磨损量随时间的变化(50N,60r/min)；图6a-图6e为Al基体与TiC-Al2O3/Al复合材料磨损SEM组织；图6a为Al基体磨损SEM组织；图6b为实施例1中TiC-Al2O3/Al复合材料磨损SEM组织；图6c为实施例2中TiC-Al2O3/Al复合材料磨损SEM组织；图6d为实施例3中TiC-Al2O3/Al复合材料磨损SEM组织；图6e为实施例4中TiC-Al2O3/Al复合材料磨损SEM组织。具体实施方式为清楚说明本专利技术中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。实施例1至实施例4中的复合材料及制备方法表1、预制块中各组分的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Mg改性TiC‑Al2O3/Al基复合材料，其特征在于，由预制块加入到900℃～1100℃的铝液中制成；预制块由如下组分组成：Al粉、纳米TiO2粉、活性碳粉和Mg粉，在预制块中Al粉、纳米TiO2粉和活性碳粉三者的物质的量之比为4：3：3，Mg粉在预制块中的质量分数大于或等于0.5％且小于或等于3％；预制块与铝液的质量之比为1:20～1:7。

【技术特征摘要】
1.Mg改性TiC-Al2O3/Al基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)配料：配备制备预制块的原料，预制块由如下原料组分组成：Al粉、纳米TiO2粉、活性碳粉和Mg粉，在预制块中Al粉、纳米TiO2粉和活性碳粉三者的物质的量之比为4：3：3，Mg粉在预制块中的质量分数为1％；Al粉、纳米TiO2粉、活性碳粉和Mg粉均为市售产品，Al粉的纯度为99.9wt％、粒度为40～50μm，纳米TiO2粉的纯度为99wt％、粒度为20～30nm，活性碳粉的纯度为99wt％、粒度为40～50μm，Mg粉的纯度为99wt％、粒度为100～150μm；(2)球磨：将步骤(1)中配好的粉体球磨0.5h，球磨溶剂为乙酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞英，史志铭，赵鸽，王晓欢，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15