本发明专利技术提供了一种原位ＴｉＢ↓［２］颗粒和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］晶须复合强化铝基复合材料的制备方法，其特征在于：工艺过程包括制备预制块和熔制铝基复合材料两个阶段：制备预制块可选择三类反应物为：Ａｌ＋２Ｔｉ＋４Ｂ＋３Ｏ↓［２］→２Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］＋２ＴｉＢ↓［２］、４Ａｌ＋２Ｂ＋２Ｏ↓［２］＋ＴｉＯ↓［２］→２Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］＋ＴｉＢ↓［２］、８Ａｌ＋３Ｔｉ＋２Ｂ＋３Ｏ↓［２］＋２Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］→４Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］＋３ＴｉＢ↓［２］将原材料按化学计量比放入混料机中混合均匀，再将混合均匀的原料在室温下压制成型。熔制复合材料是将基体合金Ａｌ及其合金放入中频感应炉中加热、保温、精炼除气后成型，获得原位反应ＴｉＢ↓［２］颗粒和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］晶须复合强化铝基复合材料。本发明专利技术的优点在于：明显缩短复合材料制备工艺流程、降低金属基复合材料的制造成本，可广泛用于要求轻质高强复合材料的场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属基复合材料领域，特别是提供了一种原位TiB2颗粒和Al2O3晶须复合强化铝基复合材料的制备方法，可使基体合金的熔炼与增强相的生成同步进行，明显缩短复合材料制备工艺流程、降低金属基复合材料的制造成本，可广泛用于要求轻质高强复合材料的场合。
技术介绍
现代科学技术的发展对材料的要求日益提高，希望材料具备某种特殊性能的同时又具有优良的综合性能，这使得普通的单一材料已越来越难以满足需要。复合材料具有能发挥其组成原材料的协同作用，集多种材料的优点于一身，同时又具有很大的材料设计自由度的特点，因此表现出了很强的生命力，在过去的几十年中得到了迅速发展。根据材料设计的原理，在基体中同时引入弥散分布的增强相颗粒和补强增韧的晶须，可同时提高复合材料的强度、耐磨性和抗蠕变性能。宋慎泰等(自补强SiCw/Si3N4复合材料的制备和性能研究，硅酸盐学报，1993，11-8)研究了SiCw/Si3N4复合材料，获得的15体积％SiCw/Si3N4复合材料具有优良的力学性能。马峻峰等(碳热还原法制β-SiC晶须的结晶特征及内部缺陷，硅酸盐通报，1993，233-36)用超细碳粉热还原高岭土合成了β-SiC晶须，结果表明，合成温度对晶须结晶形貌影响显著。李亚伟等(碳热还原法生成AlN晶须的形貌及结晶方向，材料研究学报，1996，6633-636)在用碳粉热还原法制备AlN粉末过程中，发现AlN粉末坯体表面存在大量的AlN晶须，其形貌有直板状、锯齿状和扭曲状。在各类晶须材料中，Al2O3晶须是综合性能优良的一种，熔点为2040℃，密度(ρ)为3.96×103kg/m3，抗拉强度(σb)为21×103MPa，σb/ρ为53×104m，弹性模量(E)为4.3×105MPa，E/ρ为11×105m。TiB2熔点、硬度和模量高，耐腐蚀性能好，作为金属基复合材料中的增强相正日益得到广泛的应用。申请人研究表明(Effect of Ti/Cadditions on the formation of Al3Ti of in situ TiC/Al composites，Materials & Design，2001，22(8)645-650；Effect of Ti/B Additions on the Foration of Al3Ti of insitu TiB2/Al Composites，Journal of University of Science and Technology Beijing，1999，4285-288)，相同含量、相近颗粒尺寸大小时，TiB2颗粒增强铝基复合材料性能优于TiC颗粒增强铝基复合材料。本专利技术中，提供了一种原位TiB2颗粒和Al2O3晶须复合强化铝基复合材料的制备方法，可广泛用于要求轻质高强复合材料的场合。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种原位TiB2颗粒和Al2O3晶须复合强化铝基复合材料的制备方法，用于要求轻质高强复合材料的场合。本专利技术的构成一种熔铸-原位反应TiB2颗粒和Al2O3晶须复合强化铝基复合材料的制备方法，其特征在于工艺过程包括制备预制块和熔制铝基复合材料两个阶段a.制备预制块熔铸-原位反应法生成的Al2O3晶须，其中的氧主要来源于空气中的氧、原位反应物带入的杂质氧、粉末表面吸附的氧气、预制块表面吸附的氧气以及原位反应物带入的氧。为了增加复合材料中Al2O3晶须的数量，有必要进一步提高预制块中氧的含量。为此，可选择三类反应物(当然，第二类反应物中还可以加入B2O3，第三类反应物中还可以加入TiO2)第一类；第二类；第三类。上述第一、二、三类中所说的Ti、B、TiO2和B2O3均为粉末状，粒度范围为10～250μm，纯度大于96.0重量％。当按第一类反应物组合时，Ti和B的配比范围(重量比)为1.5～2.8∶1；当按第二类反应物组合时，TiO2和B的配比范围(重量比)为2.8～4.2∶1；当按第三类反应物组合时，Ti、B和B2O3的配比范围(重量比)为1∶5.5～7∶1。将上述各种原材料按化学计量比放入混料机中混合均匀，再将混合均匀的原料在室温下压制成型，压力范围为25～100MPa；b.熔制复合材料将70～99.9％的基体合金Al及其合金放入中频感应炉中加热，加热温度为该合金熔点以上150～250℃；再将占合金1～10重量％的预制块压入合金熔体中，保温1～30分钟。精炼除气后成型，成型方式为浇入金属型、砂型或利用挤压、压铸方法成型，获得原位反应TiB2颗粒和Al2O3晶须复合强化铝基复合材料。原位反应TiB2颗粒和Al2O3晶须复合强化铝基复合材料制备技术的原理是根据材料设计的要求，选择适当的反应剂，在合适的温度下，借助于基体金属或合金和它们之间的化学反应，原位生成尺寸细小，分布均匀的增强相。这种技术与金属基复合材料传统的复合技术相比，其优点体现在(1)增强相在基体内部原位生成，表面无污染；(2)增强相数量可在一定范围内调整；(3)在保持复合材料较高韧性的同时，可较大幅度地提高材料的强度和弹性模量。本专利技术的优点在于(1)TiB2颗粒和Al2O3晶须在熔体内部原位反应生成，增强相利用率高，晶须和颗粒在合金基体中分布较均匀。(2)工艺简便，成本低廉，易于实现工业化。附图说明图1是本专利技术中的Ti-B-Al反应块的X-射线衍射图谱。可见，反应块由TiB2、Al2O3和Al组成。扫描电镜组织观察及能谱分析证实生成的Al2O3为晶须而非颗粒。图2是本专利技术中的原位TiB2颗粒和Al2O3晶须复合强化铝基复合材料的组织扫描照片。具体实施例方式实施例1制备Al2O3晶须(不确定重量％，下同)和3重量％TiB2/工业纯铝复合材料。按Al∶Ti∶B＝50∶35∶15(重量％)的比例称取纯度分别为98％、96％和99％，粒度分别为75μm、45μm和1μm的Al粉、Ti粉和B粉，将其混合均匀。在50吨压机上压制成Φ20×30mm的圆柱形预制块。将2公斤工业纯铝放入中频感应炉中熔化，并加热至850℃。用石墨钟罩将0.12公斤的预制块压入铝液中，保温10分钟。待温度降至750℃时，加入占熔液0.4重量％的六氯乙烷精炼。熔体温度为720℃时，浇入金属型中，得到Al2O3晶须和3重量％TiB2/工业纯铝复合材料。复合材料σb为168MPa，延伸δ为13％。实施例2制备Al2O3晶须和5％(重量)TiB2/Al-21Si-2.5Cu复合材料。按Al∶TiO2∶B＝50∶40∶10(重量％)的比例称取适量的纯度分别为98％、96％和99％，粒度分别为75μm、75μm和1μm的Al粉、TiO2粉和B粉，将其混合均匀。在50吨压机上压制成Φ20×30mm的圆柱形预制块。将4公斤Al-21Si-2.5Cu合金放入中频感应炉中熔化，并加热至950℃。用石墨钟罩将0.40公斤的预制块压入铝液中，保温15分钟。待温度降至740℃时，加入占熔液重量0.4％的六氯乙烷精炼。熔体温度为730℃时，浇入金属型中，得到Al2O3晶须和5重量％TiB2/Al-21Si-2.5Cu复合材料。复合材料σb为420MPa。实施例3制备Al2O3晶须和5％(重量)TiB2/7075复合材料。按Al∶Ti∶B∶本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种熔铸－原位反应ＴｉＢ↓［２］颗粒和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］晶须复合强化铝基复合材料的制备方法，其特征在于：工艺过程包括制备预制块和熔制铝基复合材料两个阶段：ａ．制备预制块：可选择三类反应物：第一类：４Ａｌ＋２Ｔｉ＋４Ｂ＋３ Ｏ↓［２］→２Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］＋２ＴｉＢ↓［２］第二类：４Ａｌ＋２Ｂ＋２Ｏ↓［２］＋ＴｉＯ↓［２］→２Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］＋ＴｉＢ↓［２］第三类：８Ａｌ＋３Ｔｉ＋２Ｂ＋３Ｏ↓［２］＋２Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］→４Ａｌ↓［ ２］Ｏ↓［３］＋３ＴｉＢ↓［２］上述第一、二、三类中所说的Ｔｉ、Ｂ、ＴｉＯ↓［２］和Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］均为粉末状，粒度范围为１０～２５０μｍ，纯度大于９６．０重量％；当按第一类反应物组合时，Ｔｉ和Ｂ的配比重量比范围为１．５ ～２．８∶１；当按第二类反应物组合时，ＴｉＯ↓［２］和Ｂ的配比重量比范围为２．８～４．２∶１；当按第三类反应物组合时，Ｔｉ、Ｂ和Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］的配比重量比范围为１∶５．５～７．５∶１；将上述各种原材料按化学计量比放入混料机中混 合均匀，再将混合均匀的原料在室温下压制成型，压力范围为２５～１００ＭＰａ；ｂ．熔制复合材料：将７０～９９．９％的基体合金Ａｌ及其合金放入中频感应炉中加热，加热温度为该合金熔点以上１５０～２５０℃；再将占合金１～１０重量％的预制块压入 合金熔体中，保温：１～３０分钟；精炼除气后成型，获得原位反应ＴｉＢ↓［２］颗粒和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］晶须复合强化铝基复合材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨滨，张济山，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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