一种铝基合金、铝基复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种铝基合金、铝基复合材料及其制备方法与应用，属于先进金属基复合材料制备技术领域。铝基合金的制备包括：将K

【技术实现步骤摘要】
一种铝基合金、铝基复合材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及先进金属基复合材料制备
，具体而言，涉及一种铝基合金、铝基复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
硬质陶瓷颗粒对铝合金凝固组织具有细化、强化作用，通过在基体中添加细小的陶瓷颗粒，可大幅提高合金的比强度、比模量及高温稳定性，在航空航天、汽车制造、电子器件、体育器材等领域具有十分广阔的应用前景。传统金属基复合材料的液相制备方法是在熔融基体中加入外部合成的增强体。但由于增强体表面的污染，产生了增强体与基体润湿性差、增强体与基体结合不良、增强颗粒团聚严重、界面反应产物的形成等不可避免的缺陷。采用原位自生混合盐法生产的铝基复合材料可有效避免基体与增强相间润湿性差、增强相颗粒晶粒尺寸受原始颗粒大小限制等问题。但是，混合盐法耗时耗能，且所得的金属基复合材料较基体材料在强度和硬度方面提升不明显。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本申请的目的之一包括提供一种铝基合金的制备方法，该方法可大幅度缩短材料之间的反应时间，细化晶粒、打破团簇，有效消除反应中颗粒的团聚，提高了颗粒的弥散度。本申请的目的之二包括提供一种由上述制备方法制备得到的铝基合金，该复合材料相比基体金属在强度和硬度方面均得到了明显提升。本申请的目的之三包括提供一种上述铝基合金的应用，例如可用于生产航空航天器件、汽车制造器件、电子器件或体育器材。本申请的目的之四包括提供一种铝基复合材料，其由上述铝基合金以及Al材料和合金元素制备而得。本申请的目的之五包括提供一种上述铝基复合材料的制备方法。本申请的目的之六包括提供一种上述铝基复合材料的应用，其也可用于生产航空航天器件、汽车制造器件、电子器件或体育器材。本申请可这样实现：第一方面，本专利技术实施例提供一种铝基合金的制备方法，包括以下步骤：将K2TiF6和KBF4的混合物与Al熔体于第一次超声振动条件下混合反应，反应完成后冷却至不低于720℃且不高于750℃，保温5-10min，待温度稳定后再依次进行第二次超声振动和浇注。在可选的实施方式中，第一次超声振动和第二次超声振动均于1-1.5kW的条件下进行3-6min。在可选的实施方式中，K2TiF6和KBF4的混合物与Al熔体反应后理论生成TiB2颗粒与所述铝熔体的质量比为1％-10％。在可选的实施方式中，Al熔体的原料为工业纯铝。在可选的实施方式中，Al熔体的温度为800-850℃。在可选的实施方式中，K2TiF6和KBF4的混合物与Al熔体在800-850℃的保温条件下混合。在可选的实施方式中，K2TiF6和KBF4的混合物与Al熔体分批混合。在可选的实施方式中，第一次超声振动过程中，超声探头浸入Al熔体内10-30mm。在可选的实施方式中，第二次超声振动过程中，超声探头浸入经第一次超声振动后的混合熔体内10-30mm。在可选的实施方式中，两次超声振动所用的超声探头均为Ti合金材质。在可选的实施方式中，混合熔体冷却至720-730℃后保温5-10min，待温度稳定后再进行第二次超声振动。在可选的实施方式中，K2TiF6和KBF4的混合物的制备包括：将K2TiF6和KBF4以Ti和B的摩尔比为1:2-2.5混合。在可选的实施方式中，还包括将混合后的K2TiF6和KBF4进行烘干。在可选的实施方式中，烘干温度为200-300℃，烘干时间大于或等于2h。在可选的实施方式中，浇注后还包括进行空冷凝固。第二方面，本申请还提供一种铝基合金，由如前述实施方式任一项的制备方法制备而得。在可选的实施方式中，铝基合金的平均晶粒尺寸为30-40μm。在可选的实施方式中，铝基合金中TiB2的平均颗粒尺寸小于1μm，优选小于500nm。在可选的实施方式中，铝基合金中TiB2颗粒的质量分数小于10％。第三方面，本申请提供如前述实施方式的铝基合金的应用，例如可将其用于生产航空航天器件、汽车制造器件、电子器件或体育器材。第四方面，本申请提供一种铝基复合材料，其由上述铝基合金以及Al材料和合金元素制备而得。在可选的实施方式中，合金元素包括Cu、Si、Mn、Mg和Zn中的至少一种。第五方面，本申请提供一种上述铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将Al材料以及合金元素加热至700-800℃后与铝基合金重熔，冷却至720-750℃后进行第三次超声振动，再浇注入模。在可选的实施方式中，第三次超声振动于1-1.5kW的条件下进行3-6min。在可选的实施方式中，第三次超声振动过程中，超声探头浸入重熔后的熔体内10-30mm。第六方面，本申请提供如前述实施方式的铝基复合材料的应用，例如可将其用于生产航空航天器件、汽车制造器件、电子器件或体育器材。本申请的有益效果包括：本申请提供的铝基合金的制备方法在Al熔体与增强体混合的阶段引入第一次超声振动，可在熔体内产生空化效应和声流效应，大幅缩短了反应时间，显著提高了反应效率，节约能源，提高生产效率。待反应完成后，降温至一定温度再进行第二次超声振动和浇铸，进一步提高了颗粒分散均匀性，促进非枝晶组织的形成，提高奥罗万强化效果，同时细小弥散的TiB2颗粒在凝固时还可作为良好的α-Al形核位点，进一步促进晶粒细化，利于提高复合材料的强度和硬度。由此制得的铝基合金具有高弥散分布的细晶粒原位自生二硼化钛颗粒，该复合材料相比基体金属在强度和硬度方面均得到了明显提升。以上述铝基合金进一步制备铝基复合材料，同样能够有效提高铝基复合材料的硬度和强度。上述铝基合金和铝基复合材料均可用于生产航空航天器件、汽车制造器件、电子器件或体育器材。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为二次超声工艺处理制备的2wt.％TiB2/Al复合材料微观组织照片及物相XRD衍射图谱；图2为引入搅拌和超声振动制备原位自生TiB2颗粒增强铝基复合材料的微观组织照片；图3为引入搅拌和二次超声振动两种不同工艺制备的原位自生2wt.％TiB2/Al铝基复合材料的宏观金相照片。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本申请提供的铝基合金、铝基复合材料及其制备方法与应用进行具体说明。目前混合盐法原位合成的增强相颗粒粒径多为亚微米、纳米级，具有较高表面能，在基体中通常发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝基合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将K

【技术特征摘要】
1.一种铝基合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将K2TiF6和KBF4的混合物与Al熔体于第一次超声振动条件下混合反应，反应完成后冷却至不低于720℃且不高于750℃，保温5-10min，待温度稳定后再依次进行第二次超声振动和浇注。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第一次超声振动和第二次超声振动均于1-1.5kW的条件下进行3-6min。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述K2TiF6和所述KBF4的混合物与所述Al熔体反应后理论生成TiB2颗粒与所述Al熔体的质量比为1％-10％；
优选地，所述Al熔体的原料为工业纯铝；
优选地，所述Al熔体的温度为800-850℃；
优选地，所述K2TiF6和所述KBF4的混合物与所述Al熔体在800-850℃的保温条件下混合；
优选地，所述K2TiF6和所述KBF4的混合物与所述Al熔体分批混合。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，第一次超声振动过程中，超声探头浸入所述Al熔体内10-30mm；
优选地，第二次超声振动过程中，超声探头浸入经第一次超声振动后的混合熔体内10-30mm；
优选地，两次超声振动所用的超声探头均为Ti合金材质；
优选地，所述混合熔体冷却至720-730℃后保温5-10min，待温度稳定后再进行第二次超声振动。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述K2TiF6和所述KBF4的混合物的制备包括：将所述K2TiF6和所述K...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾义旺，刘政材，宋东福，夏鹏，周楠，郑开宏，
申请(专利权)人：广东省科学院材料与加工研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44