专利名称：混合盐法制备铝基复合材料的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种制备铝基复合材料的方法，特别是一种混合盐法制备铝基复合材料的方法，属于复合材料领域。
背景技术：
近年来，许多文章报导了关于原位自生反应颗粒增强铝基复合材料的研究。其特点是增强颗粒在基体内部原位合成，基体界面结合较好且界面干净；原位增强颗粒尺寸细小(一般＜3.0μm)且在基体中分布均匀；通过选择反应类型及控制反应参数，可获得不同种类、不同数量的原位增强颗粒；增强颗粒的原位合成同铸造技术结合起来；工艺简便、成本低；可用来制备一定形状和大小的复合材料。经文献检索发现，Dacies P.Development of Cast Aluminium MMCs(铝基复合材料的发展)，Key Engineering Materials(重要工程材料)，1993，77357-362，但该方法存在着所制备的复合材料质量分数不高，或当TiB2重量百分比大于8％时，其组织结构恶化，铸造性能变差，材料的力学性能大大降低。在进一步的检索中未见有与本发明主题相同文献的报导。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种混合盐法制备铝基复合材料的方法，使其解决TiB2增强铝基复合材料的沉降偏聚问题。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过加入含有熔体化合金元素的反应助剂和快速搅拌工艺，控制反应助剂的种类、加入量、配比、搅拌速度、加入的反应温度及反应时间，解决TiB2增强铝基复合材料的沉降偏聚问题，制备出组织性能优良的铝基复合材料。
以下对本发明方法作进一步的说明，具体内容如下将基体合金在720-760℃温度范围熔化，同时保温均匀化20min，之后加入反应盐和反应助剂(必须充分混合均匀且烘干)，并采用高纯石墨桨施以搅拌，速度范围在200-1000r/mim，其加入后反应时间为10min-30min。待反应完成后清除盐渣，并进行精炼处理后就浇铸材料。
所述的反应助剂含有Na3AlF6和MgCl2，其配比为2∶1-4∶1，反应助剂的加入量为反应盐的10-30重量百分比。
解决TiB2增强铝基复合材料的沉降偏聚问题，其关键点在于如何阻止TiB2颗粒通过自身团聚来降低表面能。在复合材料中加入适量的金属镁(含量约为1-2％)，使颗粒生成后首先通过吸附铝液中的镁来降低表面能，然后再与铝形成较好的结合，这样利用镁作为降低颗粒表面能，阻止团聚的手段，有效地减缓了颗粒沉降的现象。同时由于镁的加入，使铝液的粘度增加，而根据Stocks公式，复合材料粘度增加，颗粒的移动速度减小，在较长时间内不会因相互接触而团聚，在凝固过程中也容易被α-Al的晶粒所捕获，形成均一稳定的增强体。
利用快速搅拌促进反应的充分进行，原位生成的TiB2粒子是直径为1微米左右的颗粒，这种尺寸的颗粒在铝液中不会有沉降的出现。但由于颗粒往往是在某一局部区域(熔盐与铝液的交界面上)生成，很容易因局部浓度偏高而发生团聚。并且一旦团聚产生，再使其分开细化就非常的困难了，于是就有了沉降和凝固过程中的偏聚发生。实验采用石墨桨快速旋转搅拌，利用反应熔化盐自身的保护作用，将转速控制在200-1000r/m，一方面可以增加熔盐与铝液的接触机会，加速反应，使原位生成的TiB2颗粒更加细小；另一方面促进颗粒从反应的高浓度区向低浓度区的扩散，使复合材料的沉降现象得到了一定的缓解。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明借助熔体化合金元素和快速搅拌等工艺，解决TiB2增强铝基复合材料的沉降偏聚问题，制备了TiB2颗粒重量百分比高达10％且组织性能优良的铝基复合材料，同时也为盐类反应制备颗粒增强复合材料的进一步拓展应用提供了依据。
具体实施例方式
实施例1 纯铝作为基体材料，KBF4和K2TiF6作为反应混合盐，并辅以Na3AlF6、MgCl2作反应助剂，其配比为2∶1，总量为反应混合盐的10％，反应助剂加入温度760℃，反应时间是10min，高纯石墨桨搅拌速度为600r/min，制备重量百分比为10％的TiB2原位增强纯铝复合材料。材料的铸态铸态力学性能σb＝146Mpa；σ0.2＝101Mpa；δ＝7.3％；E＝91.6Gpa。
实施例2 A356作为基体材料，KBF4和K2TiF6作为反应混合盐，并辅以Na3AlF6、MgCl2作反应助剂，其配比为3∶1，总量为反应混合盐的20％；反应助剂加入温度720℃，反应时间是20min，高纯石墨桨搅拌速度为200r/min，制备为重量百分比10％的TiB2/A356复合材料。材料的铸态铸态力学性能σb＝258Mpa；σ0.2＝201Mpa；δ＝2.6％；E＝91.2Gpa。
实施例3 A356作为基体材料，KBF4和K2TiF6作为反应混合盐，并辅以Na3AlF6、MgCl2作反应助剂，其配比为4∶1，总量为反应混合盐的30％；反应助剂加入温度740℃，反应时间是30min，石墨桨搅拌速度为1000r/min，制备重量百分比为10％的TiB2/A356复合材料。材料的铸态铸态力学性能σb＝260Mpa；σ0.2＝204Mpa；δ＝2.7％；E＝91.4Gpa。
权利要求
1.一种混合盐法制备铝基复合材料的方法，其特征在于通过加入含有熔体化合金元素的反应助剂和快速搅拌工艺，控制反应助剂的种类、加入量、配比、搅拌速度、加入的反应温度及反应时间，解决TiB2增强铝基复合材料的沉降偏聚问题，制备出组织性能优良的铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的混合盐法制备铝基复合材料的方法，其特征是以下对方法作进一步的说明，具体内容如下将基体合金在720-760℃温度范围熔化，同时保温均匀化20min，之后加入反应盐和反应助剂，并采用高纯石墨桨施以搅拌，速度范围在200-1000r/mim，其加入后反应时间为10min-30min；待反应完成后清除盐渣，并进行精炼处理后就浇铸材料。
3.根据权利要求2所述的混合盐法制备铝基复合材料的方法，其特征是加入的反应助剂必须充分混合均匀且烘干。
4.根据权利要求1或2所述的混合盐法制备铝基复合材料的方法，其特征是所述的反应助剂含有Na3AlF6和MgCl2，其配比为2∶1-4∶1，反应助剂的加入量为反应盐的10-30重量百分比。
全文摘要
一种混合盐法制备铝基复合材料的方法属于复合材料领域。本发明通过加入含有熔体化合金元素的反应助剂和快速搅拌工艺，控制反应助剂的种类、加入量、配比、搅拌速度、加入的反应温度及反应时间，解决TiB
文档编号C22C21/00GK1438344SQ0311567
公开日2003年8月27日 申请日期2003年3月6日 优先权日2003年3月6日
发明者王浩伟, 李险峰, 马乃恒, 王鹏 申请人:上海交通大学