专利名称：一种碳化钛颗粒增强铝-铜基复合材料的制备方法
技术领域：
本发明属金属材料领域，特别涉及ー种低温原位生成碳化钛颗粒增强铝-铜基复合材料的制备方法。
背景技术：
铝-铜合金由于具有良好的综合力学性能，如高的強度、很好的延展性和塑性，良好的高温性能及切削加工性能，因而广泛应用于航空、航天、汽车及机械等行业。而碳化钛颗粒作为ー种优良的增强相，则具有高比強度、高耐磨性、高弹性模量、高熔点、低热膨胀系数和热稳定性好等优点。因此若两者结合得到碳化钛颗粒增强铝-铜基复合材料，将同时兼有两者的优点，具有更为广泛的应用前景。目前国内外针对碳化钛增强铝基复合材料的研究已有较多报道，但采用的方法多是外加法，如申请号为99114272.1的中国专利报道了一种碳化钛增强耐磨铝合金及其制备エ艺，即先制备出含有碳化钛粒子的中间合金，再将这种中间合金加入到基体合金中得到耐磨铝合金。这种エ艺不仅需要两步完成，因而成本高，而且碳化钛粒子含量不易控制，且热力学性能较差，增强效果不佳。文献[Materials Science and EngineeringA, 2010, 527:7955-7960]报道了一种原位生成碳化钛增强铝-铜合金的方法，即将钛粉、碳粉以及铝粉混合压块以后，压入到铝-铜合金熔体中，通过自蔓延高温反应可得到含有碳化钛颗粒的铝-铜合金。但这种エ艺的制备温度太高，合金氧化严重，同时组织不易控制，难以大規模生产。申请号为02135971. 7的中国专利报道了ー种氧化铝-碳化钛粒子增强铝基复合材料的制备方法，将含有活性炭、钛粉、氟钛酸钾混合粉末通过C02、CH4、Ar和O2混合气体吹入铝合金熔体中，通过反应生成增强粒子。但是该方法对设备和エ艺要求较高，并且反应过程中会释放出 有毒气体，污染环境。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供ー种操作简便、エ艺稳定、生产成本低、无污染且适合エ业化生产的低温原位生成碳化钛颗粒增强铝-铜基复合材料的制备方法。本发明是通过以下方式实现的一种碳化钛颗粒增强铝-铜基复合材料的制备方法，其特征包括以下步骤I)首先按以下质量百分比准备好所需原料10. 00%-30. 00%的铝-碳化铝合金，10. 00%-40. 00% 的铝-钛合金，0. 50%-15. 00% 的电解铜，0. 10%-2. 00% 的稀土铈，余为纯铝；其中，铝-碳化铝合金中碳的质量百分含量为1.00-10. 00%，碳化铝的粒子尺寸为0. 1-3. Oy m，碳化铝粒子具有较高的活性；铝-钛合金中钛的质量百分含量为5. 00-30. 00% ；2)将纯铝置于中频感应炉中熔化并加热至800-1000°C后，依次加入经过预热的电解铜及招_碳化招合金，并保温5_10min ；
3)向步骤2)所述招熔体中加入招-钛合金及稀土铺,原位反应5-30min,然后精炼、浇注，即可得到原位生成碳化钛颗粒增强的铝-铜基复合材料。上述低温原位生成碳化钛颗粒增强铝-铜基复合材料的制备方法，其特征是在制备复合材料的过程中，步骤2)中的碳元素是以铝-碳化铝合金中碳化铝的形式加入熔体中，由于对碳化铝的生长条件的调控及微量元素的活化作用，使得碳化铝粒子呈现六角板片状形貌，具有较高的活性，并且控制碳化铝的粒子尺寸在0. 1-3. 0 u m之间，使其易于參加反应并可反应完全，加入铝-钛合金后熔体中发生以下反应3[Ti]+Al4C3(S) ^ 3TiC(s)+4Al(l) (I)步骤3)中加入的的稀土铈既能促进碳化钛颗粒的生成，并提高生成的碳化钛颗粒的表面活性，改善其在合金中的分布，其本身又能強化合金基体。由于碳化钛颗粒是在铝熔体中经原位反应直接生成，表面洁净、无污染，在基体中分布均匀，其粒子尺寸在0. l-3.0i!m之间。所得复合材料产品具有较高的综合力学性能。本发明采用具有活性的碳化铝作为碳源，通过渐进式反应机制，可以较好的控制反应过程的进行，用普通的熔炼エ艺就可实现。制备过程无污染、成本低、エ艺简单、生产效率高，因而特别适合规模化生产和应用。
具体实施例方式下面给出本发明的三个最佳实例。实施例1I)首 先按以下质量百分比准备好原料20. 00%的铝-碳化铝合金，16. 00%的铝-钛合金，3. 00%的电解铜，0. 20%的稀土铈，余为纯铝；其中所用的铝-碳化铝合金中碳的质量百分含量为1. 00%，碳化铝的粒子尺寸在0. 1-3. Oym之间，所用铝-钛合金中钛的质量百分含量为5. 00% ；2)将纯铝置于中频感应炉中熔化并加热至850°C后，依次加入经过预热的电解铜及铝-碳化铝合金，并保温5min ；3)向步骤2的招合金熔体中加入招-钛合金及稀土铺,原位反应IOmin,然后精炼、浇注，即可得到原位生成碳化钛颗粒增强的铝-铜基复合材料。复合材料具体成分为Al-3%Cu-l%TiC-0. 2%Ce。实施例2I)首先按以下质量百分比准备好原料20. 00%的铝-碳化铝合金，40. 00%的铝-钛合金，5. 00%的电解铜，0. 50%的稀土铈，余为纯铝。其中所用的铝-碳化铝合金中碳的质量百分含量为5. 00%，碳化铝的粒子尺寸在0. 1-3. Oym之间，所用铝-钛合金中钛的质量百分含量为10. 00% ；2)将纯铝置于中频感应炉中熔化并加热至950°C后，依次加入经过预热的电解铜及铝-碳化铝合金，并保温5min ；3)向该熔体中加入招-钛合金及稀土铺，原位反应15min,然后精炼、烧注，即可得到原位生成碳化钛颗粒增强的铝-铜基复合材料。复合材料具体成分为Al-5%Cu-5%TiC-0. 5%Ce。实施例3
I)首先按以下质量百分比准备好原料25. 00%的铝-碳化铝合金，32. 00%的铝-钛合金，8. 00%的电解铜，1. 00%的稀土铈，余为纯铝。其中所用的铝-碳化铝合金中碳的质量百分含量为8. 00%，碳化铝的粒子尺寸在0. 1-3. Oym之间，所用铝-钛合金中钛的质量百分含量为25. 00% ；2)将纯铝置于中频感应炉中熔化并加热至1000°C后，依次加入经过预热的电解铜及铝-碳化铝合金，并保温IOmin ；3)向该熔体中加入招-钛合金及稀土铺，原位反应20min,然后精炼、烧注，即可得到原位生成碳化钛颗粒增强的铝-铜基复合材料。复合材料具体成分为A1-8%Cu-10%TiC-1%Ce。`
权利要求
1.一种碳化钛颗粒增强铝-铜基复合材料的制备方法，其特征包括以下步骤 1)首先按以下质量百分比准备好所需原料10.00%-30. 00%的铝-碳化铝合金，10. 00%-40· 00%的铝-钛合金，O. 50%-15· 00%的电解铜，O. 10%_2· 00%的稀土铈，余为纯铝； 2)将纯铝置于中频感应炉中熔化并加热至800-1000°C后，依次加入经过预热的电解铜及铝-碳化铝合金，并保温5-10min ； 3)向步骤2所述铝合金熔体中加入铝-钛合金及稀土铈，原位反应5-30min，然后精炼、浇注，即可得到原位生成碳化钛颗粒增强的铝-铜基复合材料。
2.根据权利要求1所述一种碳化钛颗粒增强铝-铜基复合材料的制备方法，其特征是步骤I)中所用铝-碳化铝合金中碳的质量百分含量为1. 00-10. 00%，碳化铝的粒子尺寸为O.1-3. O μ m,碳化铝粒子呈现六角板片状形貌，具有较高的活性；铝-钛合金中钛的质量百分含量为5. 00-30. 00%ο
全文摘要
本发明属金属材料领域，涉及一种碳化钛颗粒增强铝-铜基复合材料的制备方法。该方法是将纯铝置于中频感应炉中熔化并加热至800-1000℃后，依次加入经过预热的电解铜及铝-碳化铝合金，并保温5-10min，然后向该熔体中加入铝-钛合金及稀土铈，原位反应5-30min，再精炼、浇注，即可得到原位生成碳化钛颗粒增强的铝-铜基复合材料。该产品适用于在高温条件下工作及对力学性能要求高的结构部件。本发明工艺方法采用常规熔炼设备，无污染，成本低，操作简便，适合于规模化工业生产。
文档编号C22C1/10GK103031462SQ20121058335
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者刘相法, 王涛, 李鹏廷, 聂金凤 申请人:山东大学