钛颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种钛颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，该复合材料含有以下质量百分含量的组分：粒度为20～30μm的磷粉4～8%，粒度为20～80μm的铝粉1～20%，粒度为4～100μm的铌粉1～10%，粒度为40～50μm的碘化银2～6%，粒度为20～30μm的氧化镁4～8%，粒度为23～90μm的氮化钛5～9%，粒度为28～56μm的氢氧化铝4～10%，其余是粒度为20～30μm的铝粉。制备方法：将各成分混匀，烘干，烘干温度为200～300℃，烘干时间10～20min；冷压器中冷压；烧结，烧结温度为600～700℃，压力为2.5～4MPa，保温时间为30～40min。冷却。加入了氮化钛的复合材料的布氏硬度为90.6～93.6，氮化钛可以明显提高复合材料的硬度。
【专利说明】钛颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金复合材料领域，尤其涉及一种钛颗粒增强铝基复合材料及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。 在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新 型金属材料(如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化 合物高温结构材料等）具有重要的作用。
[0003] 金属基复合材料基体主要是铝、镍、镁、钛等。铝在制作复合材料上有许多特点， 如质量轻、密度小、可塑性好，铝基复合技术容易掌握，易于加工等。此外，铝基复合材料 比强度和比刚度高，高温性能好，更耐疲劳和更耐磨，阻尼性能好，热膨胀系数低。同其 他复合材料一样，它能组合特定的力学和物理性能，以满足产品的需要。因此，铝基复合 材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。但是铝的硬度较低，因此制成 的铝基复合材料容易变形。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术的不足，提供一种钛颗粒增强铝基复合材料及其制备方法， 复合材料的硬度高，不易变形。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案： 钛颗粒增强铝基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度为20?30μm的磷粉 4?8%，粒度为20?80μm的铝粉1?20%，粒度为4?100μm的铌粉1?10%，粒度为 40?50μm的碘化银2?6%，粒度为20?30μm的氧化镁4?8%，粒度为23?90μm的 氮化钛5?9%，粒度为28?56μm的氢氧化铝4?10%，其余是粒度为20?30μm的铝粉。
[0006] 作为对本发明的进一步改进，钛颗粒增强铝基复合材料，含有以下质量百分含量 的组分：磷粉5%、铝粉15%、铌粉9%、碘化银4%、氧化镁5%、氮化钛8%、氢氧化铝6%、其余为 错粉。
[0007] 作为对本发明的进一步改进，氮化钛为二氮化二钛或四氮化三钛。
[0008] 上述钛颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将磷粉、铝粉、铌粉、碘化银、氧化镁、氮化钛、氢氧化铝、铝粉混匀，烘干，烘干温度 为200?300°C，烘干时间10?20min; (2) 冷压器中冷压； (3) 烧结，烧结温度为600?700°C，烧结压力为2. 5?4MPa，保温时间为30?40min。
[0009] (4)冷却。
[0010] 作为对本发明的进一步改进，步骤（2)冷压压力为800?900MPa。
[0011] 步骤（3)升温速率为90?100°C/min。
[0012] 原理：氮化钛在温度升高至600?700°C时，氮化钛分子和铝粉分子的引力增强， 使得氮化钛包覆在铝粉的外表面，阻隔高温条件下其他成分和铝粉之间发生反应而粘连， 从而影响分散效果。当温度降至300?400°C时，氮化钛和铝粉分子之间的引力减小，相互 分离，此时所有成分相互混合并分散，使得分散更均匀。温度降至室温时，分子之间的空隙 减小，与基体组织结合紧密，减小网孔的大小，提1?错基复合材料的硬度。
[0013] 有益效果 加入了氮化钛的复合材料的布氏硬度为90. 6?93. 6,说明氮化钛可以明显提高复合 材料的硬度。
【具体实施方式】
[0014] 下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍，但不局限于此。
[0015] 实施例1 钛颗粒增强铝基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度为20?30μm的磷粉 5%，粒度为20?80μm的铝粉15%，粒度为4?100μm的铌粉9%，粒度为40?50μm的 碘化银4%，粒度为20?30μm的氧化镁5%，粒度为23?90μm的氮化钛8%，粒度为28? 56μm的氢氧化铝6%，其余是粒度为20?30μm的铝粉。
[0016] 氮化钛为二氮化二钛。
[0017] 上述钛颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将磷粉、铝粉、铌粉、碘化银、氧化镁、氮化钛、氢氧化铝、铝粉混匀，烘干，烘干温度 为200?300°C，烘干时间10?20min; (2) 冷压器中冷压； (3) 烧结，烧结温度为600?700°C，烧结压力为2. 5?4MPa，保温时间为30?40min。
[0018] (4)冷却。
[0019] 步骤（2)冷压压力为800?900MPa。
[0020] 步骤（3)升温速率为90?100°C/min。
[0021] 实施例2 钛颗粒增强铝基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度为20?30μm的磷粉 4%，粒度为20?80μm的铝粉1%，粒度为4?100μm的铌粉1%，粒度为40?50μm的碘化 银2%，粒度为20?30μm的氧化镁4%，粒度为23?90μm的氮化钛5%，粒度为28?56μm 的氢氧化铝4%，其余是粒度为20?30μm的铝粉。
[0022] 氮化钛为四氮化三钛。
[0023] 上述钛颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将磷粉、铝粉、铌粉、碘化银、氧化镁、氮化钛、氢氧化铝、铝粉混匀，烘干，烘干温度 为200?300°C，烘干时间10?20min; (2) 冷压器中冷压； (3) 烧结，烧结温度为600?700°C，烧结压力为2. 5?4MPa，保温时间为30?40min。
[0024] (4)冷却。
[0025] 步骤（2)冷压压力为8〇0?9〇OMPa。
[0026] 步骤（3)升温速率为90?100°C/min。
[0027] 实施例3 钛颗粒增强铝基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度为20?30μm的磷粉 8%，粒度为20?80μm的铝粉20%，粒度为4?100μm的铌粉10%，粒度为40?50μm的 碘化银6%，粒度为20?30μm的氧化镁8%，粒度为23?90μm的氮化钛9%，粒度为28? 56μm的氢氧化铝10%，其余是粒度为20?30μm的铝粉。
[0028] 氮化钛为二氮化二钛。
[0029] 上述钛颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将磷粉、铝粉、铌粉、碘化银、氧化镁、氮化钛、氢氧化铝、铝粉混匀，烘干，烘干温度 为200?300°C，烘干时间10?20min; (2) 冷压器中冷压； (3) 烧结，烧结温度为600?700°C，烧结压力为2. 5?4MPa，保温时间为30?40min。
[0030] (4)冷却。
[0031] 步骤（2)冷压压力为8〇0?9〇OMPa。
[0032] 步骤（3)升温速率为90?100°C/min。
[0033] 实施例4 钛颗粒增强铝基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度为20?30μm的磷粉 5%，粒度为20?80μm的铝粉5%，粒度为4?100μm的铌粉8%，粒度为40?50μm的碘化 银5%，粒度为20?30μm的氧化镁5%，粒度为23?90μm的氮化钛6%，粒度为28?56μm 的氢氧化铝5%，其余是粒度为20?30μm的铝粉。
[0034] 氮化钛为四氮化三钛。
[0035] 上述钛颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将磷粉、铝粉、铌粉、碘化银、氧化镁、氮化钛、氢氧化铝、铝粉混匀，烘干，烘干温度 为200?300°C，烘干时间10?20min; (2) 冷压器中冷压； (3) 烧结，烧结温度为600?700°C，烧结压力为2. 5?4MPa，保温时间为30?40min。
[0036] (4)冷却。
[0037] 步骤（2)冷压压力为8〇0?9〇OMPa。
[0038] 步骤（3)升温速率为90?100°C/min。
[0039] 对比例I 与实施例1相同，不同在于：不加氮化钛。
[0040] 性能测试试验 材料的硬度：将材料放入HB-3000B布氏硬度试验机上，加载重量为500kg，压头为硬质 合金钢球，直径为l〇mm，保压30s，测试硬度。测试结果见下表1。
[0041] 表 1
【权利要求】
1. 钛颗粒增强铝基复合材料，其特征在于，含有以下质量百分含量的组分：粒度为 20?30 ii m的磷粉4?8%，粒度为20?80 ii m的铝粉1?20%，粒度为4?100 ii m的铌 粉1?10%，粒度为40?50 ii m的碘化银2?6%，粒度为20?30 ii m的氧化镁4?8%，粒 度为23?90 ii m的氮化钛5?9%，粒度为28?56 ii m的氢氧化铝4?10%，其余是粒度为 20?30 iim的铝粉。
2. 根据权利要求1所述的钛颗粒增强铝基复合材料，其特征在于含有以下质量百分含 量的组分，磷粉5%、铝粉15%、铌粉9%、碘化银4%、氧化镁5%、氮化钛8%、氢氧化铝6%、其余为 错粉。
3. 根据权利要求1所述的钛颗粒增强铝基复合材料，其特征在于，氮化钛为二氮化二 钛或四氮化三钛。
4. 基于权利要求1所述的钛颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以 下步骤： (1) 将磷粉、铝粉、铌粉、碘化银、氧化镁、氮化钛、氢氧化铝、铝粉混匀，烘干，烘干温度 为200?300°C，烘干时间10?20min ; (2) 冷压器中冷压； (3) 烧结，烧结温度为600?700°C，烧结压力为2. 5?4MPa，保温时间为30?40min ; (4) 冷却。
5. 根据权利要求4所述的钛颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（2) 冷压压力为800?900MPa。
6. 根据权利要求4所述的钛颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3) 升温速率为90?100°C /min。
【文档编号】C22C21/00GK104357695SQ201410564287
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】刘莉, 王爽, 邱晶, 刘晓东, 黄明明 申请人:苏州莱特复合材料有限公司