一种TiB2颗粒增强铝基复合材料及其制备方法与流程

一种tib2颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及金属基复合材料及其制备技术领域，特别涉及一种tib2颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.以al、zn、mg、cu为主要元素的7xxx系高强铝合金具有比强度高、密度低、加工性能好等显著优点，在汽车制造、航空航天领域有很广阔的发展空间。国外对该合金的研究及应用已经趋于成熟，并且已经成功应用到波音777及空客a380飞机上。但随着现代化机动车和飞行器功能和技术的迭代优化，对7xxx系铝合金在强度和导电性能上提出了更高的要求。
3.因此，如何提供一种综合性能优异的铝基复合材料及其制备方法，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种tib2颗粒增强铝基复合材料，该复合材料包括合金基体与tib2颗粒增强体，具有强度高、韧性强、耐磨性和耐腐蚀性能优异等优点。除此之外，本发明还提供该tib2颗粒增强铝基复合材料的制备方法，该方法工艺简单，能够有效避免铝基复合材料中颗粒团聚和粗大的问题，保证tib2颗粒与基体合金之间良好的润湿性，提高铝基复合材料的强度和导电性能。
5.本发明提供一种tib2颗粒增强铝基复合材料，包括基体合金与增强体，所述基体合金为al-zn-mg-cu合金，所述增强体为tib2颗粒，所述tib2颗粒的平均粒径为0.01-1μm。
6.优选的，所述铝基复合材料中，所述增强体的质量分数为8-15％。
7.优选的，所述基体合金中各组分的质量百分数为：zn：7.6-8.5％，mg：1.8-2.7％，cu：2.0-2.6％，余量为al。
8.除此之外，本发明还提供上述tib2颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
9.s1.增强体的预处理，将tib2颗粒与al粉进行复合球磨得到复合粉末，然后将所述复合粉末进行预压实得到预压块，所述al粉的粒径为1-30μm，纯度不小于99.9％；
10.s2.对铝单质、锌单质、az91镁合金、铜单质、以及所述预压块进行熔炼，得到合金熔液；
11.s3.对所述合金熔液进行浇注，得到合金铸锭；
12.s4.对所述合金铸锭进行均匀化处理和塑性变形加工，得到初成品。
13.优选的，所述步骤1中，al粉和tib2颗粒的质量比为3：1-5：1。
14.优选的，所述步骤1中，al粉和tib2颗粒的质量比为4：1。
15.优选的，所述步骤s1中，球磨转速为250-450r/min，球磨时间为3-6h，球料比为5：1-15：1。
16.优选的，所述步骤s1中，球磨转速为370r/min，球磨时间为4h，球料比为10：1。
17.优选的，所述步骤s1中，对所述复合粉末进行预压实的压力为5-15mpa，保压时间为2-8min。
18.优选的，对所述复合粉末进行预压实的压力为10mpa，保压时间为3min。
19.优选的，所述步骤s2中，熔炼温度为820-880℃，熔炼过程中通过搅拌装置对反应物进行搅拌。
20.优选的，所述搅拌装置为磁力搅拌装置。
21.优选的，所述步骤s3中，浇注过程在结晶器中进行，浇铸温度为730-760℃，浇注速度为3-6kg/min。
22.优选的，所述步骤s4具体为：先对所述合金铸锭进行双级均匀化退火处理，再进行挤压处理。
23.优选的，所述挤压处理过程中，挤压比为(12-16)：1。
24.优选的，所述挤压处理过程中，挤压比为14.4：1。
25.优选的，所述挤压处理过程中，挤压温度为350-500℃。
26.优选的，所述挤压处理过程中，挤压温度为425℃。
27.优选的，所述双极均匀化退火处理为：400
±
5℃下保温6h随即在10min内升温至465
±
5℃，继续保温26h；。
28.优选的，还包括步骤s5.对所述初成品进行热处理，得到成品。
29.优选的，所述热处理过程为，对所述初成品进行t73热处理(固溶(50℃/2.5h+465℃/2.5h)+时效(120℃/6h+160℃/22h))。
30.本发明的有益效果在于：
31.(1)本发明通过复合球磨工艺对纳米tib2颗粒进行了表面改性，同时促进了增强体与al基体间的界面结合力和润湿性。
32.(2)在浇注过程中采用的磁搅拌和结晶器连续浇注的方法，解决了颗粒增强铝基复合材料制备过程中的颗粒团聚和增强相过度长大的问题。
33.(3)纳米级tib2颗粒的添加给基体合金的强度和导电性能带来了较大的提高，基体合金的强度提高了12.5％，导电率提高了20.7％。
34.(4)本发明制备的tib2/7xxx系复合材料中，tib2粒子分布均匀，尺寸较小，强度和导电率相较基体合金都有较大的提高，其物相组成主要为小于1μm的tib2颗粒和mgzn2相。
附图说明
35.图1为实施例1中成品的显微组织图；
36.图2为实施例2中成品的显微组织图；
37.图3为本发明实施例2中合金基体与各实施例制备出的复合材料成品的性能对比图。
具体实施方式
38.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合具体实施例对本技术进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动
前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
39.实施例1
40.一种tib2颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
41.s1.增强体的预处理：
42.将0.2-0.5μm的tib2颗粒和1-30μm的al粉放入球磨罐中，al粉和tib2颗粒的质量比为4:1，球料比设置为10:1，将球磨机的球磨速度设置为370r/min，球磨时间4h，得到复合粉末；
43.将复合粉末取出，称取130g复合粉末在油泵液压机上压制成直径约65mm，厚度约为20mm的圆柱形预压块。预压实时液压机的压力为10mpa，保压时间为3min。压制的预压块致密度为80％。
44.s2.对铝单质、锌单质、az91镁合金、铜单质、以及预压块进行熔炼，得到合金熔液；
45.具体的，本实施例中，tib2颗粒增强铝基复合材料的配置方案为：10％tib2颗粒，90％基体合金，基体合金的成分为：8.0％zn，2.0％mg，2.2％cu，余量为al。
46.按上述设计的配置方案，用工业纯铝、纯锌、az91镁合金、纯铜片、al-tib2预压块进行配比。先将预压块在800℃下进行熔化，熔化过程中通过搅拌装置持续对反应熔体进行磁力搅拌，待预压块完全熔化后，再依次加入工业纯铝、纯锌、az91镁合金、纯铜片。在合金溶液温度达到850℃时进行精炼，精炼完毕后在730-760℃下静置10min，打去熔体表面浮渣。
47.s3.对合金熔液进行浇注，得到合金铸锭：通过控制熔炼炉炉体倾倒装置，将熔体倾倒在结晶器中，倾倒速度为3.5kg/min，待结晶器内熔体完全冷却后即获得合金铸锭。
48.s4.对所述合金铸锭进行均匀化处理和塑性变形加工，得到初成品：对获得的合金铸锭进行双级均匀化处理：400℃温度下保温6h，随即在10min内升温至465℃，继续保温26h；
49.对经过双级均匀化处理后的合金铸锭进行挤压，挤压温度为425℃，挤压比为14.4:1，得到初成品。
50.s5.对所述初成品进行热处理，得到成品：对初成品进行t73热处理(固溶(50℃/2.5h+465℃/2.5h)+时效(120℃/6h+160℃/22h))。
51.通过此方法获得的tib2/7xxx系复合材料具有高强度、高导电率等优点，其抗拉强度达721mpa，屈服强度达683mpa，导电率达35.8％iacs。且从图1中可以看出，添加的tib2颗粒尺寸为纳米级，分布均匀并且与基体润湿度良好，与在其周围弥散分布的η相共同成为该合金中主要的强化相。
52.实施例2
53.一种tib2颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
54.s1.增强体的预处理：
55.将0.2-0.5μm的tib2颗粒和1-30μm的al粉放入球磨罐中，al粉和tib2颗粒的质量比为4:1，球料比设置为10:1，将球磨机的球磨速度设置为370r/min，球磨时间4h，得到复合粉末；
56.将复合粉末取出，称取130g复合粉末在油泵液压机上压制成直径约65mm，厚度约为20mm的圆柱形预压块。预压实时液压机的压力为10mpa，保压时间为3min。压制的预压块
致密度为80％。
57.s2.对铝单质、锌单质、az91镁合金、铜单质、以及预压块进行熔炼，得到合金熔液；
58.具体的，本实施例中，tib2颗粒增强铝基复合材料的配置方案为：12％tib2颗粒，88％基体合金，基体合金的成分为：8.2％zn，2.4％mg，2.0％cu，余量为al。
59.按上述设计的配置方案，用工业纯铝、纯锌、az91镁合金、纯铜片、al-tib2预压块进行配比。先将预压块在800℃下进行熔化，熔化过程中通过搅拌装置持续对反应熔体进行磁力搅拌，待预压块完全熔化后，再依次加入工业纯铝、纯锌、az91镁合金、纯铜片。在合金溶液温度达到850℃时进行精炼，精炼完毕后在730-760℃下静置10min，打去熔体表面浮渣。
60.s3.对合金熔液进行浇注，得到合金铸锭：通过控制熔炼炉炉体倾倒装置，将熔体倾倒在结晶器中，倾倒速度为5kg/min，待结晶器内熔体完全冷却后即获得合金铸锭。
61.s4.对所述合金铸锭进行均匀化处理和塑性变形加工，得到初成品：对获得的合金铸锭进行双级均匀化处理：400℃温度下保温6h，随即在10min内升温至465℃，继续保温26h；
62.对经过双级均匀化处理后的合金铸锭进行挤压，挤压温度为425℃，挤压比为14.4:1，得到初成品。
63.s5.对所述初成品进行热处理，得到成品：对初成品进行t73热处理(固溶(50℃/2.5h+465℃/2.5h)+时效(120℃/6h+160℃/22h))。
64.通过此方法获得的tib2/7xxx系复合材料具有高强度、高导电率等优点，其组织内部主要强化相为纳米级的tib2颗粒，在tib2周围还存在少量tial3相，其出现的原因可能为在tib2/al的混合粉末加入熔体时，较高的温度引导了其中ti元素向al熔体的扩散，tial3相的存在使得合金具有了更大的硬度，最终测得其抗拉强度达735mpa，屈服强度达694mpa，导电率达36.1％iacs。
65.对实施例1、2制备的样品进行测试发现，纳米级tib2颗粒的添加给基体合金的强度和导电性能带来了较大的提高，基体合金的强度提高了12.5％，导电率提高了20.7％。
66.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。