一种三维网状金属基钛硅碳复合材料的制备方法与流程

本发明涉及铝基陶瓷复合材料的制备领域，具体涉及一种力学性能较好的三维网状金属基钛硅碳复合材料的制备方法。

背景技术：

铝合金为Al-Mg-Si系合金，Al-Mg-Si系铝合金可通过热处理进行强化，并具有密度低、塑性好、耐腐性好等特点，被广泛应用在轨道交通、汽车工业及轻工业等领域。但是随着技术的发展以及人们对材料的要求日益提高，铝合金的力学性能、耐磨性能相对较差等缺点限制了它的发展。钛硅碳是一种典型的MAX相化合物，它兼具了陶瓷和金属材料的优点，包括质轻、热稳定性和化学稳定性好，良机械加工性和耐热冲击性，耐磨以及自润滑性等优点。将上述两种材料复合，可以显著提高铝合金的力学性能和耐磨性能。

技术实现要素：

本发明旨在解决的技术问题包括：无压熔渗工艺对生产设备要求低，经甩带处理后的铝合金薄带较铝合金块体在润湿性方面有了很大的提升，从而降低了铝合金的熔渗温度，节约生产成本，并且所制备的产品致密度很高，对预制件孔隙率没有限制，适用性强。

本发明可通过如下技术方案实现：

一种三维网状金属基钛硅碳复合材料的制备方法， 包括步骤：

1）将铝合金块体材料放入甩带机中加热至铝块处于熔融状态，利用气压差，在高速旋转的铜轮上进行冷却凝固，形成细晶铝薄带；

2）将铝合金薄带剪成薄片，根据选取的钛硅碳预制件的孔隙率计算出所需铝薄片的质量；

3）将所述钛硅碳预制件放入刚玉坩埚中采用埋粉法用铝合金薄带进行铺埋；

4）放入真空热压炉中，待炉内呈高真空状态时，以1~30℃/min的升温速度升温至500~1500℃，保温0.1~5h后随炉冷却。

进一步地，所述步骤3）具体包括：

将一部分铝薄片铺满刚玉坩埚底部，再将钛硅碳预制件放于刚玉坩埚，最后用剩下的铝薄片将骨架完全盖满。

进一步地，所述钛硅碳预制件的孔隙率为20 %~60 %。

进一步地，步骤1）中，所述的气压差为0.01~0.1 MPa。

进一步地，步骤1）中，所述铜轮的旋转线速度为10~50m/s。

本发明将经甩带法制备的铝合金薄带作为熔渗材料，采用埋粉法将多孔钛硅碳陶瓷预制件埋入铝合金薄带中，制备出三维网状钛硅碳增强铝基复合材料。所制备出的高致密度三维网状钛硅碳增强铝基复合材料力学性能较单一材料有明显提高。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）经甩带法制备成铝合金薄带后，材料的熔点下降且润湿性明显增强。

（2）生产设备简单，烧结工艺简单。

（3）对预制件孔隙率限制少，不同孔隙率的预制件均能得到高致密度的三维网状钛硅碳增强铝基复合材料，说明该工艺稳定，利于产品的批量化生产。

附图说明

图1本发明实施例的三维网状钛硅碳增强铝基复合材料的压缩曲线图。

图2本发明实施例的三维网状钛硅碳增强铝基复合材料的XRD分析图谱。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1

一种三维网状钛硅碳增强铝基复合材料的制备方法，包括步骤：

1）将铝6061-T6块体材料放入甩带机中加热至铝块处于熔融状态，将气压差设为0.02MPa，在旋转线速度30 m/s的铜轮上进行冷却凝固，形成细晶铝薄带；

2）将铝合金薄带用剪刀剪成薄片，根据选取的钛硅碳预制件的孔隙率计算出所需铝薄片的质量，本实施例中钛硅碳预制件的孔隙率为22.5%，选取铝薄片质量为铝密度×孔隙率×预制件体积×1.5倍；

3）将所述钛硅碳预制件放入刚玉坩埚中采用埋粉法用铝6061薄带进行铺埋，即：将一部分铝薄片铺满刚玉坩埚底部，再将钛硅碳预制件放于刚玉坩埚，最后用剩下的铝薄片将骨架完全盖满；

4）放入真空热压炉中，待炉内呈高真空状态时，真空炉中以20℃/min的升温速度升温至950℃，保温1h后随炉冷却。

本实施例提供的制备方法可制备出致密度达92.5%，抗压强度为790 MPa的三维网状钛硅碳增强铝6061基复合材料，详见图1和图2。

实施例2

一种三维网状钛硅碳增强铝基复合材料的制备方法， 包括步骤：

1）将铝6061-T6块体材料放入甩带机中加热至铝块处于熔融状态，将气压差设为0.02MPa，在旋转线速度30 m/s的铜轮上进行冷却凝固，形成细晶铝薄带；

2）将铝合金薄带用剪刀剪成薄片，根据选取的钛硅碳预制件的孔隙率计算出所需铝薄片的质量，本实施例中钛硅碳预制件的孔隙率为39.1%，选取铝薄片质量为铝密度×孔隙率×预制件体积×1.5倍；

3）将所述钛硅碳预制件放入刚玉坩埚中采用埋粉法用铝6061薄带进行铺埋，即：将一部分铝薄片铺满刚玉坩埚底部，再将钛硅碳预制件放于刚玉坩埚，最后用剩下的铝薄片将骨架完全盖满；

4）放入真空热压炉中，待炉内呈高真空状态时，真空炉中以20℃/min的升温速度升温至950℃，保温1h后随炉冷却。

本实施例提供的制备方法可制备出致密度达89.3%，抗压强度为820 MPa的三维网状钛硅碳增强铝6061基复合材料。详见图1和图2。

实施例3

一种三维网状钛硅碳增强铝基复合材料的制备方法， 包括步骤：

1）将铝6061-T6块体材料放入甩带机中加热至铝块处于熔融状态，将气压差设为0.02MPa，在旋转线速度30 m/s的铜轮上进行冷却凝固，形成细晶铝薄带；

2）将铝合金薄带用剪刀剪成薄片，根据选取的钛硅碳预制件的孔隙率计算出所需铝薄片的质量，本实施例中钛硅碳预制件的孔隙率为48.5%，选取铝薄片质量为铝密度×孔隙率×预制件体积×1.5倍；

3）将所述钛硅碳预制件放入刚玉坩埚中采用埋粉法用铝6061薄带进行铺埋，即：将一部分铝薄片铺满刚玉坩埚底部，再将钛硅碳预制件放于刚玉坩埚，最后用剩下的铝薄片将骨架完全盖满；

4）放入真空热压炉中，待炉内呈高真空状态时，真空炉中以20℃/min的升温速度升温至950℃，保温1h后随炉冷却。

本实施例提供的制备方法可制备出致密度达88.6%，抗压强度为1006 MPa的三维网状钛硅碳增强铝基复合材料。详见图1和图2。

实施例4

一种三维网状钛硅碳增强铝基复合材料的制备方法， 包括步骤：

1）将铝6061-T6块体材料放入甩带机中加热至铝块处于熔融状态，将气压差设为0.01MPa，在旋转线速度10 m/s的铜轮上进行冷却凝固，形成细晶铝薄带；

2）将铝合金薄带用剪刀剪成薄片，根据选取的钛硅碳预制件的孔隙率计算出所需铝薄片的质量，本实施例中钛硅碳预制件的孔隙率为43.6%，选取铝薄片质量为铝密度×孔隙率×预制件体积×1.5倍；

3）将所述钛硅碳预制件放入刚玉坩埚中采用埋粉法用铝6061薄带进行铺埋，即：将一部分铝薄片铺满刚玉坩埚底部，再将钛硅碳预制件放于刚玉坩埚，最后用剩下的铝薄片将骨架完全盖满；

4）放入真空热压炉中，待炉内呈高真空状态时，真空炉中以1℃/min的升温速度升温至1500℃，保温0.1h后随炉冷却。

本实施例提供的制备方法可制备出致密度达84.7%，抗压强度为980 MPa的三维网状钛硅碳增强铝基复合材料。

实施例5

一种三维网状钛硅碳增强铝基复合材料的制备方法， 包括步骤：

1）将铝6061-T6块体材料放入甩带机中加热至铝块处于熔融状态，将气压差设为0.1MPa，在旋转线速度50 m/s的铜轮上进行冷却凝固，形成细晶铝薄带；

2）将铝合金薄带用剪刀剪成薄片，根据选取的钛硅碳预制件的孔隙率计算出所需铝薄片的质量，本实施例中钛硅碳预制件的孔隙率为52.4%，选取铝薄片质量为铝密度×孔隙率×预制件体积×1.5倍；

3）将所述钛硅碳预制件放入刚玉坩埚中采用埋粉法用铝6061薄带进行铺埋，即：将一部分铝薄片铺满刚玉坩埚底部，再将钛硅碳预制件放于刚玉坩埚，最后用剩下的铝薄片将骨架完全盖满；

4）放入真空热压炉中，待炉内呈高真空状态时，真空炉中以1℃/min的升温速度升温至500℃，保温5h后随炉冷却。

本实施例提供的制备方法可制备出致密度达86.5%，抗压强度为993 MPa的三维网状钛硅碳增强铝基复合材料。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。