原位颗粒增强耐高温铝基复合材料制造技术

一种材料技术领域的原位颗粒增强耐高温铝基复合材料，其组分重量百分比为：１１～１３％Ｓｉ，０．５～１．５％Ｍｇ，０．８～１．３％Ｃｕ、０．８～１．５％Ｎｉ，１～２０％ＴｉＢ↓［２］，余量为Ａｌ。本发明专利技术的复合材料中ＴｉＢ↓［２］增强颗粒的尺寸在５０～２５０ｎｍ，形状主要为六方形和长方体。基体和ＴｉＢ↓［２］颗粒的界面干净，结合良好，分布均匀，模量范围为７４～１０８ＧＰａ；室温抗拉强度为２００℃抗拉强度为２１５～２９５ＭＰａ，３００℃抗拉强度为７９～１４９ＭＰａ，耐高温铝基复合材料在汽车领域，航天航空领域均具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种材料
的复合材料，特别是一种原位颗粒增强耐高温铝基复合材料。
技术介绍
铝基复合材料具有高的比强度、比刚度和比模量，在航天、航空、国防和电子工业等领域有着广泛的应用。外加颗粒制备的铝基复合材料，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。在航空、航天、汽车等工业领域中，铝合金由于其高的比强度、比模量以及较好的热性能等得到了广泛的应用，然而，由于铝合金的高温力学性能较低，在要求具有一定工作温度的环境下，铝合金的应用极大的受限。经对现有技术的文献检索发现，吴晶，李文芳，蒙继龙发表在《华南理工大学学报》2003，31(2)62-65上的“硅酸铝短纤维/ZL109复合材料的机械性能”，该文制备了硅酸铝短纤维增强ZL109基复合材料，该类复合材料的高温性能较基体有所提高，但是并不是很明显；而且硅酸铝短纤维体积分数为10％时，复合材料的高温性能提高很少，200℃时，仅仅提高13％，其用压力浸渗的方法制备，颗粒需要预先制备，工艺较复杂，成本高；由于硅酸铝短纤维是外加的，纤维与基体之间的界面相容性不是很好；硅酸铝短纤维增强/ZL109复合材料不具备重熔性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种原位颗粒增强耐高温铝基复合材料，使其在高温下具有较高抗拉强度并具有较好的塑性，制备工艺相对简单，成本低。本专利技术使通过以下技术方案实现的，本专利技术原位颗粒增强耐高温铝基复合材料的组分重量百分比成为11～13％Si，0.5～1.5％Mg，0.8～1.3％Cu、0.8～1.5％Ni，1～20％TiB2，余量为Al。将KFB4，KTiF6混合反应盐在一定温度下，以一定的比例加入铝合金熔体中，进行搅拌，然后清除反应副产物，加入其它合金元素，除杂，真空静置，低压铸造成形，制成耐高温的原位颗粒增强耐高温铝基复合材料。本专利技术原位颗粒增强耐高温铝基复合材料，TiB2增强颗粒的尺寸在25～250nm，颗粒形状为六方形或长方体。TiB2增强颗粒均匀分布在基体中，TiB2增强颗粒与基体界面干净，无界面反应。原位TiB2颗粒增强的ZL109基复合材料的高温性能大大高于SiC颗粒增强的ZL109基复合材料，同时保持着优异的耐磨性能，并且该材料不但可以采用挤压铸造成形，还可以用低压铸造，差压铸造和真空吸铸等方法成形，团聚和沉降问题可以得到控制，成形容易，制造成本大大降低。该材料的颗粒是在熔体中原位反应生成的，颗粒稳定性非常好，又因为TiB2颗粒界面与基体相容性非常好，使得该材料可以多次重熔使用。本专利技术由于采用的是接近共晶成分的Al-Si合金，凝固范围较窄，TiB2增强颗粒易于在基体中均匀分布，由于基体的热膨胀系数要比增强相的热膨胀系数大许多，因而在制备和热处理过程中均可在基体材料中形成高密度位错，晶内和晶界的位错都会对滑移产生阻碍，产生强化用。在高温时，由于这种原位自生的颗粒与基体的结合非常好，TiB2增强颗粒的稳定性很好，不发生界面反应，因此高温性能明显优于外加颗粒增强的铝基复合材料。本专利技术TiB2增强颗粒耐高温铝基复合材料的模量范围为74～108GPa，其室温抗拉强度为345～413MPa，200℃抗拉强度为215～295MPa，300℃抗拉强度为79～149MPa，该类复合材料可用于汽车活塞的环套部分和焊接机器人的运动部件。且制备工艺相对简单，成本低。耐高温铝基复合材料在汽车领域，航天航空领域均具有广泛的应用前景。具体实施例方式下面通过实施例说明本专利技术。实施例1原位颗粒增强耐高温铝基复合材料组分重量百分比11％Si、0.5％Mg、0.8％Cu、0.8％Ni、1％TiB2，其余为Al。复合材料的制备工艺包括将铝合金在坩锅中熔化，将KFB4、KTiF6反应盐加入到熔体中并搅拌，取出副产物，加入Mg、Al-Ni和A1-Cu，真空静置，扒渣，然后低压成形。复合材料中TiB2颗粒的尺寸在25～250nm，颗粒形状主要为六方形和长方体，颗粒均匀分布在基体中，TiB2与基体界面干净，无界面反应，结合良好。该材料T6态的力学性能25℃ σb＝345MPa，σ0.2＝284MPa，δ＝1.9％，E＝76GPa，200℃σb＝277MPa，σ0.2＝215MPa，δ＝2.6％，E＝76GPa，300℃σb＝159MPa，σ0.2＝79MPa， δ＝6.8％，E＝74GPa。实施例2原位颗粒增强耐高温铝基复合材料组分重量百分比13％Si、1.5％Mg、1.3％Cu、1.5％Ni、20％TiB2，其余为Al。复合材料的制备工艺包括将铝合金在坩锅中熔化，将KFB4、KTiF6反应盐加入到熔体中并搅拌，取出副产物，加入Mg、Al-Ni和Al-Cu，真空静置，扒渣，然后低压成形。复合材料中TiB2颗粒的尺寸在25～250nm，颗粒形状主要为六方形和长方体，颗粒均匀分布在基体中，TiB2与基体界面干净，无界面反应，结合良好。该材料T6态的力学性能25℃ σb＝401MPa，σ0.2＝364MPa，δ＝0.9％，E＝108GPa，200℃σb＝367MPa，σ0.2＝295MPa，δ＝1.6％，E＝105GPa，300℃σb＝241MPa，σ0.2＝139MPa，δ＝4.0％，E＝104GPa。实施例3原位颗粒增强耐高温铝基复合材料组分重量百分比12％Si、1.0％Mg、1.0％Cu、1.0％Ni、10％TiB2，其余为Al。复合材料的制备工艺包括将铝合金在坩锅中熔化，将KFB4、KTiF6反应盐加入到熔体中并搅拌，取出副产物，加入Mg、Al-Ni和Al-Cu，真空静置，扒渣，然后低压成形。复合材料中TiB2颗粒的尺寸在25～250nm，颗粒形状主要为六方形和长方体，颗粒均匀分布在基体中，TiB2与基体界面干净，无界面反应，结合良好。该材料T6态的力学性能25℃ σb＝413MPa，σ0.2＝389MPa，δ＝1.3％，E＝94.8GPa，200℃σb＝377MPa，σ0.2＝287MPa，δ＝1.8％，E＝95.0GPa，300℃σb＝258MPa，σ0.2＝149MPa，δ＝5.0％，E＝93.3GPa。权利要求1.一种原位颗粒增强耐高温铝基复合材料，其特征在于组分重量百分比为11～13％Si，0.5～1.5％Mg，0.8～1.3％Cu、0.8～1.5％Ni，1～20％TiB2，余量为Al。2.根据权利要求1所述的原位颗粒增强耐高温铝基复合材料，其特征是，组分重量百分比为12％Si、1.0％Mg、1.0％Cu、1.0％Ni、10％TiB2，其余为Al。3.根据权利要求1或者2所述的原位颗粒增强耐高温铝基复合材料，其特征是，TiB2颗粒的尺寸在50～250nm，颗粒形状主要为六方形和长方体。4.根据权利要求1或者2所述的原位颗粒增强耐高温铝基复合材料，其特征是，其室温抗拉强度为215～295MPa，200℃抗拉强度为215～295MPa，300℃抗拉强度为79～149MPa，模量范围74～108GPa。5.根据权利要求1或者2所述的原位颗粒增强耐高温铝基复合材料，其特征是，原位反应生成的TiB2增强颗粒均匀分布在基体中，TiB2与基体界面干净，无界面反应，结合良好。全文摘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位颗粒增强耐高温铝基复合材料，其特征在于：组分重量百分比为：１１～１３％Ｓｉ，０．５～１．５％Ｍｇ，０．８～１．３％Ｃｕ、０．８～１．５％Ｎｉ，１～２０％ＴｉＢ↓［２］，余量为Ａｌ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：易宏展，王浩伟，马乃恒，李险峰，张亦杰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]