一种TiAl₃增强铝基复合材料的制备方法

专利名称：一种TiAl₃增强铝基复合材料的制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料制备领域，特别涉及铝基复合材料的制备方法。
背景技术：
颗粒增强铝基复合材料具有比强度、比刚度高、高耐磨性、高的减振性等许多优 点。TiAl3因其具有良好的热电性能同时又具有高熔点、高硬度、高的弹性模量和价格低廉 等特点，是理想的增强相，为广大学者所关注。原位反应法制备的颗粒增强铝基复合材料中 Ti和Al会自发进行化学反应，方程式为Ti(s)+3Al(l) = TiAl3(S)。原位反应生成的复合 材料具有界面结合性好、无污染、热稳定性好、节约成本等特点，因而逐渐受到重视。但是通 过传统的原位铸造工艺生成的TiAl3增强相呈方块状、针状，个别可能形成晶须，并且宏观 偏析时有出现。这将阻碍其进一步的发展。

发明内容
本发明的目的是提供一种用超声复合原位反应制备TiAl3增强铝基复合材料的方 法。本发明所述的制备方法为首先将冰晶石粉(Na3AlF6)与钛粉(Ti)按1 1 0.5 1的质量比均勻混合、烘干；将7075铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度830 850°C时，将上述混合粉末按钛占7075铝合金的质量数1 6wt. %加入到7075铝合金熔体 中，再将超声变幅杆伸入到铝合金熔体中，在超声功率为800 1000W的条件下，超声20 35min ；将熔体温度降至740 760°C，而后继续超声2 6min，浇入到金属模型中，待冷却 后取样。本发明得到的TiAl3/7075铝基复合材料组织中晶粒细小，且生成的TiAl3增强相 分布均勻，呈细小颗粒状，无宏观偏析现象。此工艺成本低、简单；安全可靠；操作方便。


图1为本发明实施例3条件下制备的TiAl3/7075铝基复合材料深度腐蚀后的显 微组织。图2为本发明实施例3条件下制备的TiAl3/7075铝基复合材料轻度腐蚀后其 TiAl3分布情况。
具体实施例方式本发明将通过以下实施例作进一步说明。实施例1。首先将冰晶石粉(Na3AlF6)与钛粉(Ti)按0. 5 1的质量比均勻混合、烘干；将 7075铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度830°C时，将上述混合粉末按钛占7075铝合 金的质量数Iwt. %加入到7075铝合金熔体中，再将超声变幅杆伸入到铝合金熔体中，在超声功率为800W的条件下，超声20min ；将熔体温度降至740°C，而后继续超声4min，浇入到 金属模型中，待冷却后取样。实施例2。首先将冰晶石粉(Na3AlF6)与钛粉(Ti)按0. 5 1的质量比均勻混合、烘干；将 7075铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度840°C时，将上述混合粉末按钛占7075铝合 金的质量数2wt. %加入到7075铝合金熔体中，再将超声变幅杆伸入到铝合金熔体中，在超 声功率为800W的条件下，超声25min ；将熔体温度降至750°C，而后继续超声4min，浇入到 金属模型中，待冷却后取样。实施例3。首先将冰晶石粉(Na3AlF6)与钛粉(Ti)按1 1的质量比均勻混合、烘干；将7075 铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度850°C时，将上述混合粉末按钛占7075铝合金的 质量数4wt. %加入到7075铝合金熔体中，再将超声变幅杆伸入到铝合金熔体中，在超声功 率为1000W的条件下，超声30min ；将熔体温度降至760V，而后继续超声4min，浇入到金属 模型中，待冷却后取样。实施例4。首先将冰晶石粉(Na3AlF6)与钛粉(Ti)按1 1的质量比均勻混合、烘干；将7075 铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度840°C时，将上述混合粉末按钛占7075铝合金的 质量数6wt. %加入到7075铝合金熔体中，再将超声变幅杆伸入到铝合金熔体中，在超声功 率为1000W的条件下，超声35min ；将熔体温度降至760V，而后继续超声6min，浇入到金属 模型中，待冷却后取样。附图1为实施例3条件下获得的TiAl3/7075的铝基复合材料组织深度腐蚀后的 组织图，图中可见，所获得的TiAl3/7075的铝基复合材料组织中没有树枝晶出现，取而代之 的是大量的蔷薇状、球状晶粒。超声空化效应使得熔体局部出现成份过冷，过早的从熔体中 析出晶核，同时由于超声的作用使得枝晶的根部断裂而成为游离晶，这些都大大的增加了 形核率，从而使复合材料的组织得到了明显的细化。附图2为实施例3条件下获得的TiAl3/7075的铝基复合材料组织轻度腐蚀后的组 织图，图中可见，在超声的作用下，反应生成了大量的细小颗粒状的新生物质且分布均勻。 从图中可以看到生成的细小颗粒状物质分布在晶体内部，颗粒大小约为1 μ m，少量细小颗 粒状物质的大小约为4 μ m。
权利要求
一种TiAl3增强铝基复合材料的制备方法，其特征是首先将冰晶石粉与钛粉按1～0.5∶1的质量比均匀混合、烘干；将7075铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度830～850℃时，将上述混合粉末按钛占7075铝合金的质量数1～6wt.％加入到7075铝合金熔体中，再将超声变幅杆伸入到铝合金熔体中，在超声功率为800～1000W的条件下，超声20～35min；将熔体温度降至740～760℃，继续超声2～6min。
全文摘要
一种TiAl3增强铝基复合材料的制备方法，其特征是首先将冰晶石粉与钛粉按1～0.5∶1的质量比均匀混合、烘干；将7075铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化，在温度830～850℃时，将上述混合粉末按钛占7075铝合金的质量数1～6wt.％加入到7075铝合金熔体中，再将超声变幅杆伸入到铝合金熔体中，在超声功率为800～1000W的条件下，超声20～35min；将熔体温度降至740～760℃，继续超声2～6min。本发明得到的TiAl3/7075铝基复合材料组织中晶粒细小，且生成的TiAl3增强相分布均匀，呈细小颗粒状，无宏观偏析现象。此工艺成本低、简单；安全可靠；操作方便。
文档编号C22C21/00GK101880783SQ20101019148
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月3日 优先权日2010年6月3日
发明者揭小平, 闫洪, 陈小会 申请人:南昌大学