一种高分散TiB2/A356复合材料制备方法技术

一种高分散TiB2/A356复合材料制备方法，属于材料制备技术领域。增强颗粒质量百分比组份，TiB2：3.0‑10.0%，基体合金质量百分比组份Si：6.5‑7.5%，Mg：0.35‑0.45%，余量为Al，复合材料增强颗粒为尺寸小于1μm的TiB2颗粒，基体物像组成主要包括α‑Al、Mg2Si、共晶Si。采用熔体自蔓延直接合成法制备Al‑TiB2中间合金，以Al粉、Ti粉、TiO2、H3BO3为原料，制备质量分数稳定，平均尺寸较小的TiB2颗粒。本发明专利技术采用两步法制备复合材料，先制备Al‑TiB2中间合金，避免了直接在Al‑Si‑Mg基体合金中进行原位反应，从而对合金成分造成损耗，进而以Al‑TiB2中间合金为基体，加入铝锭调整成分，制备复合材料。

Preparation of a highly dispersed TiB2/A356 composite

【技术实现步骤摘要】
一种高分散TiB2/A356复合材料制备方法
本专利技术属于复合材料领域，特别涉及一种复合材料的成分设计和制备方法。
技术介绍
A356铝合金是美国在1970年研制的Al-Si-Mg系铸造铝合金。由于其铸造性能优良，流动性好、线收缩小以及耐蚀性高等特点被广泛应用于汽车行业中。A356铝合金中Si的存在大幅提高了合金的流动性，同时也导致材料的力学性能有所不足。A356合金的性能主要取决于其铸态组织，通过对粗大的α-Al枝晶和板片状的共晶Si的改善可进一步提升A356的性能。原位内生TiB2颗粒的加入，能明显提升铝合金的强度及韧性，且TiB2颗粒的分布及尺寸对最终的材料性能有及其显著的影响。目前以A356合金为基体制备复合材料的研究较少，且多以颗粒尺寸较大，颗粒聚集严重，与基体界面结合不够紧密的SiC作为增强颗粒，原位制备的增强颗粒更是直接在铝合金溶液中进行，势必会对合金中的主成分元素造成一定的损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服A356铝合金强度提升困难，在A356铝合金中引入TiB2颗粒，采用两步法制备复合材料，调整TiB2颗粒的质量分数，旨在制备出一种颗粒高度均匀分散，低损耗，高强度，高硬度的新型复合材料。为实现上述目的，本专利技术采取以下设计方案。一种高分散TiB2/A356复合材料制备方法，其特征在于：以A356合金为基体，质量分数为3%-10%，且平均尺寸小于1μm的TiB2为增强颗粒，制备复合材料，基体合金质量百分比组份Si：6.5-7.5%，Mg：0.35-0.45%，余量为Al。采用两步法，即将原位制备颗粒与基体合金熔铸分离，制备复合材料，避免了直接在A356基体合金中进行高放热的原位反应对合金元素造成的烧损。具体包括以下步骤：（1）以Al粉、Ti粉、TiO2、H3BO3为原料，其中Ti/B=1:4，采用熔体自蔓延直接合成法制备质量分数稳定、平均尺寸低于1μm的Al-TiB2中间合金。中间合金主要物象组成为α-Al、TiB2，无TiAl3。TiB2与基体界面洁净，结合程度高。（2）向步骤（1）中制备的Al-TiB2中间合金中加入高纯铝，高纯镁，Al-20%Si中间合金，通过控制合金成分调整TiB2颗粒的质量分数为3%-10%，在720-780℃温度下熔制成合金溶液。（3）对步骤（2）中的合金溶液进行分级搅拌并浇铸到既定模具中，搅拌温度为700-900℃，浇注温度为720-750℃。对复合材料进行T6热处理，最终获得TiB2/A356复合材料。复合材料中的TiB2颗粒尺寸较小且分布均匀，为复合材料的性能提供保障。有益效果：本专利技术解决了内生颗粒复合材料制备过程中对元素的烧损严重问题。并以高A356合金为基体制备的TiB2/A356复合材料中，TiB2粒子高度分布均匀，尺寸较小，强度硬度均较之基体合金有很明显的提高。附图说明图1是Al-TiB2中间合金显微组织。图2是铸态TiB2/A356复合材料显微组织。具体实施方式实施例1两步法制备TiB2/A356复合材料的过程如下：（1）复合材料的配置方案为：5%TiB2、7%Si、0.4%Mg，余量为Al。Al-TiB2中间合金由铝锭、铝粉、钛粉、TiO2、H3BO3进行制备，其中Ti/B摩尔比1:4。A356基体合金由纯铝锭、纯镁锭、Al-20%Si中间合金进行制备。（2）制备1kgAl-TiB2中间合金，按要求称量TiO2、H3BO3，将两种粉末混合均匀，并在200℃加热两小时，去除H3BO3中的水分。将加热后的TiO2和H3BO3混合粉末与要求称量的铝粉和钛粉混合均匀，将混合均匀的粉末至于模具中，压制成15×φ62.5mm3的柱形粉块。将模具和把渣勺等工具涂刷一层涂料，防止Fe杂志元素污染。选用中频感应炉进行熔炼，石墨搅拌棒，防止Si污染。利用中频感应炉将铝锭加热至780-800℃，待铝锭完全熔化，将熔体升温至900-1000℃，石墨钟罩压入步骤（3）的块体，使用石墨棒分级搅拌，搅拌温度为700-900℃，搅拌30min；反应完成后，静置5min，扒渣，将铝熔体浇注到已预热250℃的钢模中，获得Al-TiB2中间合金。（3）将按步骤（1）设计的基体合金成分用纯铝锭、纯镁锭、Al-20%Si中间合金进行配比。（4）对实例1步骤（2）获得的中间合金在780℃进行重新熔化，按次序加入纯铝、铝硅中间合金。待金属及中间合金都溶化后，扒去溶体表面的浮渣，溶体温度达到715-735℃时，加入纯镁。为使合金元素分布均匀，对溶体进行分级搅拌，之后进行精炼，精炼在710-730℃下静置10min，扒渣，将熔体浇铸到已预热250℃的钢模中，获得复合材料铸锭。对实例1步骤（4）中的复合材料进行T6热处理，即固溶535℃/4h+时效160℃/5h处理。通过此方法获得的TiB2/A356复合材料具有颗粒高度均匀分布、低损耗、高强度、高硬度等优势。复合材料强度比基体合金提高25%，硬度较之基体合金提高10%，其物象组成主要为TiB2颗粒，纳米级Mg2Si相。本专利技术从微观结构设计及控制入手，引入高模量颗粒TiB2制备颗粒增强铝基复合材料，进一步提升材料强度、硬度，采用两步法进行复合材料制备，避免了直接在A356基体合金中进行高放热的原位反应对合金元素造成的烧损，且保留了TiB2与Al基体的界面洁净度与界面结合程度，经热处理后，复合材料中的TiB2颗粒尺寸较小且分布均匀，为复合材料的性能提供保障。实施例2：与实施例1不同之处在于，配置方案为：3%TiB2颗粒6.5wt.％Si，0.35wt.％Mg；加入块体后，进行10min-60min搅拌，优选搅拌时间为30min，保温处理后浇注到预热250℃的金属型模具中。在此条件下可达到与实施例1相同的制备效果。实施例3：与实施例1不同之处在于，配置方案为：3%TiB2颗粒6.5wt.％Si，0.35wt.％Mg；待粉块反应完成后，静置3min-20min，优选静置时间为5min，保温处理后浇注到预热250℃的金属型模具中。在此条件下可达到与实施例1相同的制备效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分散TiB2/A356复合材料的制备方法，其特征在于：以A356合金为基体，质量分数为3%‑10%，以平均尺寸小于1μm的TiB2为增强颗粒，制备复合材料，基体合金质量百分比组份Si：6.5‑7.5%，Mg：0.35‑0.45%，余量为Al。

【技术特征摘要】
1.一种高分散TiB2/A356复合材料的制备方法，其特征在于：以A356合金为基体，质量分数为3%-10%，以平均尺寸小于1μm的TiB2为增强颗粒，制备复合材料，基体合金质量百分比组份Si：6.5-7.5%，Mg：0.35-0.45%，余量为Al。2.一种高分散TiB2/A356复合材料的制备方法，其特征在于：采用两步法制备复合材料，具体包括以下步骤：步骤一：以Al粉、Ti粉、TiO2、H3BO3为原料，其中Ti/B=1:4，采用熔体自蔓延直接合成法制备质量分数稳定、平均尺寸低于1μm的Al-TiB2中间合金；中间合金主要物象...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈子勇，王洪达，王汉光，
申请(专利权)人：大连科天新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21