【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属基复合材料领域，具体涉及一种磷化钛颗粒增强al-si基复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、铸造al-si系合金由于其密度低、导热性能好、比强度高、耐腐蚀性好以及铸造性能优异等特点，被广泛用于汽缸、活塞等发动机的关键零部件的制造上。然而随着人们对于汽车轻量化、节能环保等要求越来越高，这使得发动机向着更高功率的方向发展，而作为核心零件的活塞等则需要承受更大的机械负荷、热负荷和摩擦负荷。因此，对材料的高温力学性能提出了更高的要求。
2、颗粒增强al-si基复合材料是目前研究最广，应用最多的金属基复合材料，常见的颗粒增强al-si基复合材料通常采用外加法制备，但增强颗粒与铝基体界面结合能力差，难以发挥增强颗粒的优势，且在大规模生产中难以控制其稳定性，利用铝合金熔体中的原位合成方法可克服上述缺点。
3、y.f.wang等人在《materials today communications》2024，38.上发表的“effectof trace bismuth on the solidification structure of hypereutectic al–22sialloys”的一文中报道了随着硅含量的增加，合金组织中初生硅的尺寸逐渐增大，严重割裂铝基体，降低合金的强度和韧性。在外力作用下，初晶硅相尖角处出现应力集中和微裂纹，大大降低了合金的强度和韧性，限制了过共晶al-si合金的使用，恶化合金的综合力学性能。因此，al-si系合金中的初晶si相细化具有重要意义。
4、目前国内外
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种磷化钛颗粒增强al-si基复合材料及其制备方法。
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种磷化钛颗粒增强al-si基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
3、步骤(1)：称取原料：按比例称取铝磷中间合金、工业纯铝、工业纯硅和海绵钛；
4、步骤(2)：熔炼：将称取的工业纯铝、工业纯硅和海绵钛放入真空电弧炉的水冷铜坩埚中，加热到850～1150℃熔化，得到铝合金铸锭；将得到的铝合金铸锭和铝磷中间合金置于同一水冷铜坩埚中，熔炼得到磷化钛颗粒增强al-si基复合材料。
5、进一步的，步骤(1)中原料的比例以质量百分比具体为：
6、工业纯铝7.9～75.0％，铝磷中间合金5.0～82.0％，工业纯硅1.0～21.0％，海绵钛0.1～15.0％。
7、进一步的，步骤(2)具体为：
8、步骤(21)：将工业纯铝、工业纯硅、海绵钛由下到上放入真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中；
9、步骤(22)：抽真空至3×10-5pa，然后通入氩气保护气体至5×102pa，然后打开熔炼直流电流开关，用130a电流条件下熔炼1～2min，再在180～190a电流条件下熔炼1min，得到铸锭；
10、步骤(23)：将步骤(22)得到的铸锭重复翻转熔炼3～5次，得到组织均匀的铝合金铸锭；
11、步骤(24)：将步骤(23)得到的铝合金铸锭与铝磷中间合金置于同一水冷坩埚中；抽真空至3×10-5pa，然后通入氩气保护气体至5×102pa，打开熔炼直流电流开关，熔炼铝合金铸锭和铝磷中间合金，熔炼时先用130a电流条件下熔炼1～2min，再在180～190a电流条件下熔炼1～2min，重复翻转熔炼3～5次，得到磷化钛颗粒增强al-si基复合材料。
12、进一步的，在步骤(22)前，在真空电弧熔炼炉的另一个水冷铜坩埚中放置海绵钛，通过熔炼海绵钛吸收真空室内的氧。
13、一种磷化钛颗粒增强al-si基复合材料，采用上述的方法制备。
14、进一步的，包括原位反应生成且弥散分布在al-si基体中的tip颗粒，以及纳米尺度的alp颗粒。
15、进一步的，tip颗粒尺寸为0.2～10μm。
16、本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
17、(1)本专利技术采用一种新的增强相磷化钛颗粒来增强al-si基复合材料，原位生成的一部分tip会发生固相演变形成纳米尺度的alp颗粒，作为初晶si相的异质形核衬底，细化了粗大的si相，进一步增强了al-si基复合材料的综合力学性能，微米级别的tip能显著提高铝硅基复合材料强度、硬度和耐磨性，但塑韧性却大幅下降；而纳米alp颗粒在提高强度的同时能够保持较好的塑韧性，但由于纳米alp颗粒的比表面能大，易团聚；tip颗粒加入到基体中后，会在短时间内形成大量的纳米和亚微米尺寸的alp成核颗粒，这种微纳米混杂颗粒增强al-si复合材料，能充分发挥微米和纳米颗粒各自的优势。
18、(2)该制备方法更加节能环保，对原材料的利用率高，可以通过改变铝磷中间合金中磷的含量以及反应的时间来调控增强相tip颗粒的尺寸大小和含量。
19、(3)本专利技术制备的复合材料中原位合成的微/纳米级的磷化钛颗粒具有优异的热稳定性，与铝基体的界面结合性好；增强相颗粒在铝基体中分布均匀，无明显团聚现象，复合材料展现了良好的高温力学性能。
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1.一种磷化钛颗粒增强Al-Si基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中原料的比例以质量百分比具体为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)具体为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(22)前，在真空电弧熔炼炉的另一个水冷铜坩埚中放置海绵钛，通过熔炼海绵钛吸收真空室内的氧。
5.一种磷化钛颗粒增强Al-Si基复合材料，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的方法制备。
6.根据权利要求5所述的复合材料，其特征在于，包括原位反应生成且弥散分布在Al-Si基体中的TiP颗粒，以及纳米尺度的AlP颗粒。
7.根据权利要求6所述的复合材料，其特征在于，TiP颗粒尺寸为0.2～10μm。
【技术特征摘要】
1.一种磷化钛颗粒增强al-si基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中原料的比例以质量百分比具体为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)具体为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(22)前，在真空电弧熔炼炉的另一个水冷铜坩埚中放置海绵钛，通过...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂金凤，查余辉，智雅婷，邹文兵，张旭亮，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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