内生ZrB2和Cr制造技术

本发明专利技术公开了一种内生ZrB2与Cr

【技术实现步骤摘要】
内生ZrB2和Cr
0.4
NbTiVZr双相颗粒增强铝基复合材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及铝基复合材料
，尤其涉及内生ZrB2和Cr0.4NbTiVZr双相颗粒增强铝基复合材料及制备方法。
技术背景
[0002]珍惜资源、保护环境已经是全球关注的重大问题，而随着经济社会的发展汽车保有量也越来越大。世界节能与环境协会的研究报告指出汽车自重每减少10 %，燃油消耗可降低6
‑
8 %，而燃油消耗每减少1 L，CO2排放量减少2.45 kg。因此，现代汽车工业对超轻高强结构材料的需求越来越迫切。铝基复合材料具有高比强度和比刚度、热稳定性好、良好的导热性、耐腐蚀等优点，被广泛用于汽车工业中。
[0003]在颗粒增强铝基复合材料中，内生ZrB2等陶瓷强化相的特点在于增强体从铝基体中原位形核、长大，其热力学稳定，界面结合强度高，强化相强度硬度高，能够较大程度的保证复合材料的强度提升，且复合材料易于利用标准冶炼工艺生产和二次成型加工。而增强颗粒含量和尺寸是影响复合材料力学性能的两个重要因素，颗粒尺寸小有助于颗粒对位错钉扎作用的提高，一定范围内强化相含量越多复合材料的力学性能越好。但粒径较小的颗粒难以分散，颗粒含量越多越容易产生团聚，同时内生陶瓷颗粒增强相塑韧性差，复合材料材料在挤压或冲压成型过程中容易产生裂纹，导致车身材料成型率低等问题，阻碍了车身用铝基复合材料的进一步发展。
[0004]近年来，高熵合金以及高熵合金颗粒增强铝基复合材料被广泛研究和应用。含有高熔点元素的高熵合金以及由高熔点元素所组成的高熵合金被称为难熔高熵合金，难熔高熵合金除具有高强韧的力学性能外，还具有优异的热稳定性，且强化相与基体有着“金属
‑
金属”天然的界面结合特性。因此，选用在基体熔体中外加高强韧难熔高熵合金颗粒强化铝基体的手段，可以在保证强化相稳定的前提下，实现界面的强结合。同时，高熵合金较陶瓷材料的弹性模量更高，可显著提升复合材料的塑韧性。但纳米级高熵合金颗粒制备难度较大，且强度较陶瓷颗粒较低，不足以满足车身用铝基复合材料的要求。

技术实现思路

[0005]基于现有技术，为满足车身用铝基复合材料在力学性能和成型加工性能的要求，本专利技术提供了一种内生ZrB2和Cr0.4NbTiVZr双相颗粒增强铝基复合材料及制备方法，采用在基体熔体中原位内生ZrB2和外加Cr
0.4
NbTiVZr双相颗粒协同增强铝基体的方法，通过外加颗粒预处理和熔体原位生成的方法实现界面的强结合，同时通过外加相的稀释、超声辅助搅拌作用实现颗粒弥散，解决现有车身用铝基复合材料增强相含量低和团簇、基体和界面结合性能不理想、强韧性不能同时提升以及成型加工性能差等问题，实现车身用铝材料强韧性和可加工性能的同时提升。
[0006]内生ZrB2颗粒和Cr
0.4
NbTiVZr颗粒双相增强铝基复合材料，其特征在于，基体为
6061铝合金，增强体为ZrB2颗粒和Cr
0.4
NbTiVZr合金颗粒。
[0007]进一步地，各组分的质量分数为：ZrB
2 15%
‑
30%、Cr
0.4
NbTiVZr 5%
‑
15%、6061Al 60%
‑
80%。
[0008]进一步地，所述ZrB2颗粒的平均粒径为0.05
‑
0.5μm；所述Cr
0.4
NbTiVZr颗粒的平均粒径为0.05
‑
1μm。
[0009]所述的内生ZrB2颗粒和Cr
0.4
NbTiVZr颗粒双相增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括Cr
0.4
NbTiVZr增强体的制备及预处理、原位反应、增强体超声辅助搅拌掺杂和浇铸成型；1）Cr
0.4
NbTiVZr增强体的制备及预处理：将以高纯的金属粉末Cr、Nb、Ti、V、Zr按照分子式配比称重、混粉；将配比好的混合粉末放入球磨罐中球磨，采用高能球磨合金化的方法制备纳米级Cr
0.4
NbTiVZr合金颗粒，球磨时以无水乙醇作为介质，抽真空并通入氩气；其后将制得的纳米级Cr
0.4
NbTiVZr合金颗粒真空干燥；然后将所述纳米级Cr
0.4
NbTiVZr合金颗粒和超细铝粉按1:1质量比混合，采用球磨机低能球磨，得到预处理后的颗粒，球磨时抽真空并通氩气；2）原位反应：将6061铝合金在保护气氛下进行熔化，待金属熔化后将预制反应块加入至熔体中在近液相线温度下进行机械搅拌，使其充分反应；所述预制反应块是按照1:1.13的质量比将K2ZrF6和KBF4粉末混合，压制成块；3）增强体超声辅助搅拌掺杂：将步骤1）得到的合金颗粒加入到680℃~720℃的铝熔体中，进行超声辅助分散搅拌处理；4）浇铸成型：将步骤3）得到的复合材料熔体倒入铜模制得复合材料铸锭。
[0010]进一步地，步骤1）所述各种元素的粉末纯度应为99.99wt%，粉末粒径≤10μm。
[0011]进一步地，步骤1）所述高能球磨合金化的球料质量比为10:1~20:1，转速为200~400r/min，时间为45~60h。
[0012]进一步地，步骤1）所述无水乙醇的质量分数为10%~20%，真空干燥时间为30~50h。
[0013]进一步地，步骤1）所述低能球磨球料质量比为5:1~10:1，转速为100~150r/min，时间为8~12h。
[0014]进一步地，步骤2）所述机械搅拌的转速为100~200r/min，搅拌时间为10~30min。
[0015]进一步地，步骤3）所述超声辅助分散搅拌处理是超声分散处理和搅拌处理同时进行；所述超声处理采用的超声功率为500
‑
2000W，机械搅拌的转速为50~150r/min，超声辅助搅拌时间为5~10min。
[0016]本专利技术通过外加预处理Cr
0.4
NbTiVZr颗粒和在熔体中原位生成ZrB2颗粒的方法实现界面的强结合，且Cr
0.4
NbTiVZr外加颗粒具有对ZrB2颗粒的稀释作用，结合超声辅助搅拌作用克服了增强相的团簇问题，实现了颗粒的弥散分布，同时充分利用了Cr
0.4
NbTiVZr相优异的塑韧性和ZrB2相强度高的特性，实现了复合材料强韧性协同强化、同步提升的效果，解决现有车身用铝基复合材料增强相含量低和团簇、基体和界面结合性能不理想、强韧性不能同时提升以及成型加工性能差等问题，获得了一种车身用高强韧性并兼具优异可加工性能的铝基复合材料。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术利用Cr
0.4
NbTiVZr系难熔高熵合金颗粒和ZrB2颗粒作为增强相协同增强车
身常用铝合金基体。首先，高熵合金颗粒进行预处理提高了界面的润湿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.内生ZrB2与Cr
0.4
NbTiVZr颗粒双相增强铝基复合材料，其特征在于，基体为6061铝合金，增强体为ZrB2颗粒和Cr
0.4
NbTiVZr合金颗粒。2.根据权利要求1所述的内生ZrB2与Cr
0.4
NbTiVZr颗粒双相增强铝基复合材料，其特征在于，各组分的质量分数为：ZrB
2 15%
‑
30%、Cr
0.4
NbTiVZr 5%
‑
15%、6061Al 60%
‑
80%。3.根据权利要求2所述的内生ZrB2与Cr
0.4
NbTiVZr颗粒双相增强铝基复合材料，其特征在于，所述ZrB2颗粒的平均粒径为0.05
‑
0.5μm；所述Cr
0.4
NbTiVZr颗粒的平均粒径为0.05
‑
1μm。4.根据权利要求1所述的内生ZrB2与Cr
0.4
NbTiVZr颗粒双相增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括Cr
0.4
NbTiVZr增强体的制备及预处理、原位反应、增强体超声辅助搅拌掺杂和浇铸成型；1）Cr
0.4
NbTiVZr增强体的制备及预处理：将以高纯的金属粉末Cr、Nb、Ti、V、Zr按照分子式配比称重、混粉；将配比好的混合粉末放入球磨罐中球磨，采用高能球磨合金化的方法制备纳米级Cr
0.4
NbTiVZr合金颗粒，球磨时以无水乙醇作为介质，抽真空并通入氩气；其后将制得的纳米级Cr
0.4
NbTiVZr合金颗粒真空干燥；然后将所述纳米级Cr
0.4
NbTiVZr合金颗粒和超细铝粉按1:1质量比混合，采用球磨机低能球磨，得到预处理后的颗粒，球磨时抽真空并通氩气；2）原位反应：将6061铝合金在保护气氛下进行熔化，待金...

【专利技术属性】
技术研发人员：李桂荣，高立鹏，王宏明，程成，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：