本发明专利技术一种原位铝基复合材料孕育剂的制备方法，涉及铝基合金，是采用等离子冶金氮化和快速凝固技术制得薄带状AlN-TiN/Al纳米原位铝基复合材料孕育剂的方法，步骤是，按设定成分配比10.0～10.5%Ti、0.9～1.2%B和其余为Al，称取所需量的国产Al-5Ti-1B合金及金属纯Ti，将全部原料放入非自耗式真空电弧炉内熔炼制得熔炼好的块状的Al-10Ti-1B合金，然后经等离子氮化处理制得块状AlN-TiN/Al复合材料，最后进行快速凝固处理制得薄带状AlN-TiN/Al纳米原位铝基复合材料孕育剂，具有尺寸更为细小和分布更为弥散的形核粒子，提高了颗粒的增强效果。该方法的生产效率高，成本低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术的技术方案涉及铝基合金，具体地说是ー种原位铝基复合材料孕育剂的制备方法。
技术介绍
在铝及其合金的エ业生产中，采用向熔体中添加孕育剂(也称为细化剂或孕育细化剂)的方法以提升产品的综合性能，由于具有简单、实用和易操作的优点，因此具有广阔的应用前景。迄今为止，Α1-5 -1Β中间合金是公认的最为有效的孕育剂，用Al-5Ti-B孕育剂孕育处理铝及其合金晶也是最为普遍的エ艺方法(MURTY B S，KORI S A，CHARKRAB0RTYM.brain refinement of aluminum and its alloys by heterogeneous nucleation andalloying. International Materials Reviews, 2002,47 (1):3-29. )。Al_5Ti_B 孕育剂可以提高鋳造速度、減少裂纹消除冷隔和羽毛状晶，并且给铸锭随后的塑性变形带来更大的灵活性及改善铝铸件压カ气密性等(薛希国，谷吉存，_振武.铝钛硼晶粒细化剂机理研究的进展及最新动向·铝加工，2004，(154) :43-45.)。铝钛硼孕育细化剂中的第二相TiAl3和TiB2是α-Al基体的结晶核心(朱敦伦，张旭.ー种新型细化剂.铝加工，1993，(2):39-42.)。其中，TiAl3的晶体结构为面心正方(Face square)，点阵常数a = 0. 3854nm，其晶体结构与Al (面心立方，a = 0. 4049nm)相近，晶体错配度小于9%,可以作为α (Al)异质形核的有效的形核基底。理论上说，晶粒孕育细化的效果主要取决于TiAl3和TiB2这些形核粒子的形态和分布。铝液中形核粒子的尺寸越细小，分布越弥散，孕育效果就越好。但是，在现有エ艺制备出的铝钛硼孕育剂中间合金中，其形核粒子TiAl3的尺寸约为十几至几十个微米，而且TiAl3主要是以不规则的块状和针状的形态分布在铝基体上。对于针状的TiAl3而言，一旦其在晶界上析出，基体就会被严重的割裂，导致铝合金机械性能的急剧恶化。此外，TiAl3属于脆性相,大量块状的TiAl3在基体上分布会使材料变脆，同样不利于机械性能的提闻。另ー方面，原位金属基复合材料是ー种新型的复合材料，与普通的金属基复合材料相比具有以下的优点在原位金属基复合材料中，通过控制熔体生长、元素与元素之间或是元素与复合物之间的化学反应以及在复合材料制备过程中的相变和形变，增强体可以直接在母相上形成(Τ. B. Sercombe, G. B. Schaffer, Acta Mater. 52 (2004) 3019-3025 ；G. Rosazza Prinj T. Baff ie, M. Jeymondj N. Eustathopoulos，Mater. Sci. Eng. A298(2001)34-43.)。由于这些增强体是直接在基体上生成的，因此增强体的表面干净无污染，而且增强体与基体间的润湿性较好，这就使得增强体与基体之间具备了较好的界面结合性能。另ー方面，原位合成技术对于增强颗粒的尺寸和分布是可控的，通过改变制备条件，可以获得人们所期望得到的增强颗粒。由于AlN在熔体中具有较高的热稳定性，低的热膨胀系数且与铝基体之间具有较好的润湿性，因此AlN被认为是良好的增强颗粒。此外，TiN与Al是同晶形的，都是面心立方结构，而且TiN的晶格常数(O. 4242nm)与Al(O. 4049nm)的非常接近。换句话出，TiN与Al之间具有较好的晶体匹配度，因此TiN也可以作为α (Al)的异质晶核，促进α (Al)的形核，从而细化铝的晶粒。如果将现有的铝钛硼孕育剂作为原料来制备原位铝基复合材料，并将由此方法所制得的原位铝基复合材料作为孕育剂加入到铝合金当中，将是ー种新的尝试。这种新型孕育剂既可以继承现有铝钛硼孕育剂的优点，起到细化晶粒尺寸的作用，又可以兼具原位铝基复合材料在提高材料机械性能方面的巨大优势，因此这种原位铝基复合材料孕育剂相较于现有的铝钛硼孕育剂而言，可以起到更好的细化增强效果，从而极大地提高铝合金的综合力学性能。现有的原位复合材料的制备技术包括气体喷射法、反应烧结法、热压烧结法、反应球磨法和高温自蔓延合成法(SHS)等(M. J. Koczak, K. S. Kumar, US Patentno. 4，808，372 (1989) ；S. C. Tjong, Z. Y. Ma, Mater. Sci. Eng. 29 (2000) 49 ；L. Lu, M. 0. Lai, Y.Su, Scripta Mater. 45 (9) (2001) 1017 ；H. Amini Mashhadia, N. ffada, R. Tomoshige, etal. Ceram. Int. 37(2011) 1747-1754.)。气体喷射法，是将反应气体直接通入到铝熔体中，通过气体与铝熔体的反应形成原位增强颗粒。这种方法虽然可以在基体上直接生成原位的增强颗粒。但这种方法的缺点在于反应速率慢，生产效率低，而且增强颗粒在复 合材料的上部、心部、底部的分布不均勻;(Yu Huashun, J. D. Kim, S. B. Kang, Mater SciEng A. 386(2004)318—325)。 Liu Changxia, Zhang Jianhua 等人(Liu Changxia, ZhangJianhua, et al, Mater Sci Eng A. 465 (2007) 72-77.)采用反应烧结法制备出了 Al203/TiB2/AlN/TiN和Al203/TiC/AlN复合材料，该方法是将Al-Ti-B或A-Ti-C中间合金通过粉末制取设备，制成晶粒尺寸为50-200 μ m的粉末，然后将这些制备出的中间合金粉末与Al2O3粉末混合，球磨60个小时，最后在N2气氛下通过反应烧结，分别制备出Al203/TiB2/AlN/TiN和Al203/TiC/AlN复合材料。这种方法虽然可以在基体上得到更多的诸如TiB2、AlN、TiN、TiC这样的增强颗粒，但是由于制备エ序复杂，对原材料要求高，因此不利于大規模生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，是采用等离子冶金氮化和快速凝固技术制得薄帯状AlN-TiN/Al纳米原位铝基复合材料孕育剂的方法，该方法克服了现有原位复合材料的制备方法制得的原位复合材料中的原位增强颗粒不能在基体上弥散分布、生产效率低和生产成本高的缺点，同时避免了因针状TiAl3在晶界上析出而对基体组织产生的不利影响，最終制得具有尺寸更为细小和分布更为弥散的形核粒子的原位铝基复合材料孕育剂。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是，是采用等离子冶金氮化和快速凝固技术制得薄帯状AlN-TiN/Al纳米原位铝基复合材料孕育剂的方法，步骤如下第一歩，配料按设定的成分配比10. O 10. 5%Ti、0. 9 I. 2%B和其余为Al，称取所需量的国产Α1-5Τ -1Β合金及金属纯Ti，进行配料，上述百分数为重量百分数；第二步，合金熔炼制得熔炼好的块状的Al-IOTi-IB合金将第一歩的全部配料放入非自耗式真空电弧炉内，抽真本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种原位铝基复合材料孕育剂的制备方法，其特征在于：是采用等离子冶金氮化和快速凝固技术制得薄带状AlN？TiN/Al纳米原位铝基复合材料孕育剂的方法，步骤如下：第一步，配料按设定的成分配比10.0～10.5%Ti、0.9～1.2%B和其余为Al，称取所需量的国产Al？5Ti？1B合金及金属纯Ti，进行配料，上述百分数为重量百分数；第二步，合金熔炼制得熔炼好的块状的Al？10Ti？1B合金将第一步的全部配料放入非自耗式真空电弧炉内，抽真空至真空度为1.26×10？2Pa，将全部配料成分加热至熔化温度，保温5～8分钟后浇入钢制模具，制得熔炼好的块状的Al？10Ti？1B合金；第三步，等离子氮化处理制得块状AlN？TiN/Al复合材料将第二步制得的熔炼好的块状的Al？10Ti？1B合金放入石墨坩埚内，然后将一个中间有洞的石墨盖子盖在这个坩埚上面，每次等离子氮化处理是将流量为N250L/min和Ar50L/min的等离子气体送入等离子喷枪，由等离子喷枪产生等离子射流以等离子火焰形式喷出并通过上述石墨盖子上的孔洞与在石墨坩埚内的Al？10Ti？1B合金接触，该合金在高温下瞬间熔化，同时与N2和Ar组成的等离子气体反应，形成AlN和TiN的增强颗粒，上述等离子氮化处理共进行三次，每次10秒钟，制得块状AlN？TiN/Al复合材料。第四步，快速凝固处理制得原位铝基复合材料孕育剂将第三步制得的块状AlN？TiN/Al复合材料放入真空快淬炉内进行快速凝固处理，制得薄带状AlN？TiN/Al纳米原位铝基复合材料孕育剂，其组成是：10.0～10.5%Ti、0.9～1.2%B、5.0～6.0%N和其余为Al，其中百分数均为重量百分数。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：崔春翔，王奎，王倩，刘双进，戚玉敏，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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