添加稀土Ce元素降低铝基复合材料热裂倾向性的方法技术

本发明专利技术公开了一种添加稀土Ce元素降低铝基复合材料热裂倾向性的方法。以ZL205A合金为基体材料，首先利用原位自生熔体技术制备微纳颗粒TiB2增强ZL205A复合材料，然后向含有TiB2颗粒的复合材料熔体中添加0.2%的稀土Ce元素，从而降低铝基复合材料的热裂倾向性。本发明专利技术可以在不降低其强度和韧性的情况下，降低5TiB2/ZL205A复合材料的热裂倾向性，细化了该系列复合材料的晶粒，提高了其材料的性能，提高了材料的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
添加稀土Ce元素降低铝基复合材料热裂倾向性的方法
本专利技术涉及高强度、韧性铝基复合材料热裂倾向性研究领域，具体涉及一种添加稀土Ce元素降低铝基复合材料热裂倾向性的方法。
技术介绍
铝基复合材料具有高强度、高韧性，耐腐蚀性等优良性能。因为铝基复合材料密度较低，所以质量轻，强度高，适合做受力结构件。因此现阶段广泛的运用在航天、汽车、船舶等领域，如大飞机的机身，飞机起落架等都有用到ZL205A系列的铝基复合材料。但是在该材料的成型过程中，如铸造和焊接过程中，当材料凝固时，容易产生热裂、偏析、气孔等缺陷。其中热裂倾向性对材料的性能影响很大，减少材料的使用寿命，有时甚至会导致材料失效从而造成很大的经济损失和人民财产损失，因此研究如何降低材料的热裂倾向性很有必要。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种添加稀土Ce元素降低了铝基复合材料热裂倾向性的方法，该方法可以细化材料晶粒，提高材料的强度和韧性。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种添加稀土Ce元素降低铝基复合材料热裂倾向性的方法，包括以下具体步骤：S1、利用原位自生熔体技术制备5TiB2/ZL205A复合材料；S11、先计算ZL205A合金质量的5%为TiB2颗粒的质量，根据此方程式，计算出氟硼酸钾和氟钛酸钾及纯铝的各自质量，将氟硼酸钾和氟钛酸钾粉末混合均匀，然后放入250℃的保温炉中保温两小时，再将其用铝箔纸包成若干小包；6KBF4+3K2TiF6+10Al＝9KAlF4+K3AlF6+3TiB2S12、将预先称量好的ZL205A合金放入预先置于300℃左右的保温炉中预热保温的坩埚内熔炼，待合金完全熔化后，温度维持在850℃，加入用铝箔包装的氟硼酸钾（KBF4）和氟钛酸钾(K2TiF6)，用钟罩将其压入合金熔体内，不搅拌，保温1小时。S13、待金属熔体温度降至750℃时，除去金属熔体表面已反应的残盐和熔渣，具体的方法，采用倾倒法除去残盐和熔渣，首先将坩埚倾斜至刚好金属熔体不流出来，此时表面的一部分残盐被倒出，之后用铁勺沿着坩埚四壁向外瓢出剩余的残盐和熔渣；加入除渣剂，对金属熔体进行精炼，具体的方法，采用的除渣剂为六氯乙烷，加入除渣剂的量为氟硼酸钾和氟钛酸钾总质量的10%，分两次加入，每次加入5%，并每次搅拌30~60秒，然后在750℃时保温10~20分钟，最后除渣，按此方法对金属熔体精炼两次；S2、将质量占含TiB2颗粒的复合材料质量的0.2%的稀土Ce元素和根据总的化学反应方程式计算并称量好的纯铝一起加入到金属熔体里，将炉内温度升高至800℃保温30分钟左右；待稀土Ce熔化后，需用石墨棒搅拌，搅拌1~2次，每次需搅拌金属熔体30~60秒，搅拌时间间隔为10~20分钟，然后在750℃时保温30分钟；待金属熔体温度降到740℃时出炉，再次搅拌10~30秒后，除去表面熔渣和氧化皮，当金属熔体温度降到大于浇铸温度10℃左右时，采用预先置于250℃的保温炉中预热保温的模具内进行浇注。进一步地，所述步骤S12中，熔炼的温度为850℃，其中熔炼的ZL205A合金需符合国家标准。本专利技术具有以下有益效果：（1）可以有效降低5TiB2/ZL205A复合材料的热裂倾向性，细化了该系列复合材料的晶粒，提高了其材料的性能；（2）用该方法制备的复合材料，晶粒变得细小，夹杂较少，气孔减少；（3）该方法操作简单，配料简便，可实践性较强；（4）可降低复合材料的制备成本；（5）可提高材料的使用寿命。附图说明图1为添加5TiB2/ZL205A复合材料的SEM显微组织照片。图2为添加0.2%稀土Ce元素的5TiB2/ZL205A复合材料的SEM显微组织照片。图3为不添加稀土Ce元素的热裂倾向性测试实验结果。图4为添加0.2%稀土Ce元素的热裂倾向性测试实验结果。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进,这些都属于本专利技术的保护范围。实施例本次实施例进行两次复合材料热裂倾向性测试实验，分别是复合材料中不添加稀土Ce元素的热裂倾向性测试实验和添加0.2%的稀土Ce元素的热裂倾向性测试实验。两次实验进行对比，以此更好的说明该专利技术方法的有效性。以下主要内容是复合材料中添加0.2%稀土Ce元素的热裂倾向性测试实验的详细过程：步骤1、首先称量一定质量的ZL205A合金，然后计算ZL205A合金质量的5%为TiB2颗粒的质量；步骤2、根据下面总的化学反应方程式计算并称量氟硼酸钾和氟钛酸钾的质量，总化学方程式如下：6KBF4+3K2TiF6+10Al＝9KAlF4+K3AlF6+3TiB2相对分子质量：756720270210X(KBF4)X(K2TiF6)X（纯铝）X（合金质量）x5%计算TiB2颗粒的质量为ZL205A合金质量的5%，由此化学方程式，列出比例式：计算出氟硼酸钾和氟钛酸钾及纯铝的各自质量；步骤3、将氟硼酸钾和氟钛酸钾粉末混合均匀，然后放入250℃的保温炉中保温两小时，取出后将其用铝箔纸包成若干小包；步骤4、首先要将坩埚预热300℃左右，再将预先称量好的ZL205A合金放入坩埚内加热升温至850℃，待合金完全熔化；步骤5、待合金完全熔化后，在850℃时加入步骤三得到的铝箔小包，用钟罩将其压入合金熔体内，不搅拌，保温1小时；步骤6、待温度降到750℃，除去残盐和熔渣，具体步骤是：将坩埚倾斜至刚好金属熔体不流出来，此时表面的一部分残盐被倒出，然后用铁勺沿着坩埚四壁向外瓢出剩余的残盐和熔渣；步骤7、向金属熔体中加入除渣剂（六氯乙烷），加入的量为氟硼酸钾和氟钛酸钾总质量的10%，分两次加入，每次加入5%，每次搅拌30~60秒，然后将坩埚放入炉内在750℃保温10-20分钟，然后除渣，这样精炼两次；步骤8、除渣后，将质量占含TiB2颗粒的复合材料质量的0.2%的稀土Ce元素和根据总的化学反应方程式计算并称量好的纯铝一起加入到金属熔体里，将炉内温度升高至800℃保温30分钟左右；步骤9、待稀土Ce熔化后，需用石墨棒搅拌，需搅拌金属熔体30~60秒，搅拌1~2次，搅拌时间间隔为10~20分钟，然后在750℃时保温30分钟；步骤10、待金属熔体温度降到740℃时出炉，最后搅拌10~30秒，然后除去表面熔渣和氧化皮，当金属熔体温度降到720℃时准备浇注；步骤11、将含有稀土Ce元素的金属熔体浇入CRC（约束杆测试法）模具进行实验测试；步骤12、大约浇注后10分钟左右，打开CRC模具，查看热裂纹的位置和宽度。本实施例添加0.2%稀土Ce元素的热裂倾向性测试实验得到的结果见图4;不添加稀土Ce元素的热裂倾向性测试实验结果见图3。根据以下表达式评估材料的热裂倾向性：HTS＝∑(flocation×flength×fcrack)式中flocation——裂纹参数位置flength——裂纹所在杆的长度参数fcrack——裂纹宽度参数裂纹宽度参数便是实际裂纹的最宽距离；裂纹所在杆的长度参数是指从最短杆到最长杆的四个杆的长度参数依次为：32、16、8、4；裂纹参数位置是指在根部产生裂纹参数为1，在杆中间部位产生裂纹参数为3，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种添加稀土Ce元素降低铝基复合材料热裂倾向性的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1、利用原位自生熔体技术制备5TiB2/ZL205A复合材料；S11、根据以下化学反应方程式计算并称量所需氟硼酸钾（KBF4）、氟钛酸钾(K2TiF6)和纯铝，并将称取的氟硼酸钾（KBF4）和氟钛酸钾(K2TiF6)混合均匀；6KBF4+3K2TiF6+10Al＝9KAlF4+K3AlF6+3TiB2S12、将预先称量好的ZL205A合金放入预先置于300℃的保温炉中预热的坩埚内熔炼，待合金完全熔化后，温度维持在850℃，加入称取的氟硼酸钾和氟钛酸钾；S13、待金属熔体温度降至750℃时，除去金属熔体表面已反应的残盐和熔渣，并加入除渣剂，对金属熔体进行精炼；S2、将称量好的稀土Ce元素和根据总的化学反应方程式计算并称量好的纯铝一起加入到所述步骤S13得到精炼的金属熔体里，用石墨棒进行充分搅拌，待金属熔体温度降到740℃时出炉，再次充分搅拌，最后采用预先置于250℃的保温炉中预热保温的模具中进行浇注。

【技术特征摘要】
1.一种添加稀土Ce元素降低铝基复合材料热裂倾向性的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1、利用原位自生熔体技术制备5TiB2/ZL205A复合材料；S11、根据以下化学反应方程式计算并称量所需氟硼酸钾（KBF4）、氟钛酸钾(K2TiF6)和纯铝，并将称取的氟硼酸钾（KBF4）和氟钛酸钾(K2TiF6)混合均匀；6KBF4+3K2TiF6+10Al＝9KAlF4+K3AlF6+3TiB2S12、将预先称量好的ZL205A合金放入预先置于300℃的保温炉中预热的坩埚内熔炼，待合金完全熔化后，温度维持在850℃，加入称取的氟硼酸钾和氟钛酸钾；S13、待金属熔体温度降至750℃时，除去金属熔体表面已反应的残盐和熔渣，并加入除渣剂，对金属熔体进行精炼；S2、将称量好的稀土Ce元素和根据总的化学反应方程式计算并称量好的纯铝一起加入到所述步骤S13得到精炼的金属熔体里，用石墨棒进行充分搅拌，待金属熔体温度降到740℃时出炉，再次充分搅拌，最后采用预先置于250℃的保温炉中预热保温的模具中进行浇注。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤S11中，将氟硼酸钾（KBF4）和氟钛酸钾(K2TiF6)混合均匀后，放入保温炉中在250℃保温两小时，取出，并将其用铝箔纸包成若干小包。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤S12中，熔炼的温度为850℃，其中熔炼的ZL205A合金需符合国家标准。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓波，朱鹏，张潇，冯佰刚，万雄斌，张全鑫，任军强，陈东，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62