本发明涉及一种混合稀土参杂的铝基复合材料及制备，具体来说，是一种稀土掺杂的铝基复合材料及挤压工艺。
背景技术：
稀土是一种较为活泼的元素，将合金之中添加稀土可以使稀土与合金中的一些元素进行反应，可以生成一些细小且形貌较好的第二相，提高材料力学性能。同时，稀土极其容易与铝合金中的一些有害元素，例如h,o等元素反应，去除合金材料中的有害相。除此之外，稀土元素易于与铝合金中的硅相作用，使针状的硅相变为块状，对硅相产生变质作用。通过稀土对铝合金的掺杂可以优化铝合金的组织，从而提高铝合金的力学性能。
挤压铸造是使液态或者半固态的金属液体，在高压的作用下，使其直接变为制件或者毛坯的一种成型方法。利用挤压铸造可以一次成型，大大简化了材料成型过程，节省工序，同时节省了成本。同时挤压铸造在高压下进行，可以致密材料组织，消除材料疏松，孔洞以及缺陷，从而提高材料的力学性能。挤压铸造是在压铸充型之后通过增加挤压补缩工步，以解决传统压铸、真空压铸技术普遍存在的气密性（主要是缩孔与缩松）质量问题，消除各种收缩性缺陷。将铝基复合材料进行挤压铸造，可以使复合材料中团聚的颗粒分散开来，也可以使基体与颗粒之间结合更加紧密，同时致密了复合材料中基体组织，大幅度优化材料组织，提高材料的力学性能。
对现有的文献检索发现：申请号为201510345500.3，名为一种原位颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法的专利通过混合盐反应法和添加合金法制备出颗粒混杂增强铝基复合材料，其制备过程中由于混合盐反应法不易控制，颗粒分布容易出现不均匀的情况，影响材料的性能。本发明通过挤压与稀土改性的方法来优化颗粒的分布，提升材料的性能。本发明制备的复合材料性能是优于上述专利的。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种性能优异且可以一步成型的铝基复合材料，通过稀土掺杂和挤压铸造来优化材料组织，从而提高材料力学性能。
本发明制备的方法包括以下步骤：（1）将氟锆酸钾、氟硼酸钾和氟钛酸钾烘干以备用；（2）将a356铝合金放入已经预热至320~360℃的石墨坩埚中加热熔化；（3）待合金完全融化后，将石墨坩埚继续加热至800~845℃；（4）在800~845℃下，将占基体质量2%的备用粉末（氟锆酸钾和氟硼酸钾和氟钛酸钾混合粉末）利用石墨片压入石墨坩埚中并按照一定方式搅拌，搅拌方式为：粉末进入熔体后石墨棒搅拌2min，然后利用机械搅拌搅拌15min，机械搅拌完成后保温10min，最后利用石墨棒搅拌5min，总共搅拌32min；（5）将石墨坩埚中熔体保温3min，时间结束后将熔体降至755~765℃，然后利用扒渣工具进行扒渣，扒渣结束后利用石墨棒搅拌30s，搅拌结束后加入精炼剂进行精炼，精炼时间为30~60s；（6）将精练过后的熔体保温3~5min，当保温结束后加入分别占基体质量的0.5~1%，0.1~0.5%，0.2~0.4%的al10ce和al10er和mg，进行反应2~4min。（7）当反映时间结束后，将熔体再一次扒渣，精练，方法与步骤（5）一致。（8）精练结束后，将熔体降至650~675℃直接浇铸至预热至250~275℃的挤压磨具中并进行一定方式挤压，挤压参数为：挤压速度为：1.2mm/s,比压为135mpa，保压时间为18s。（9）待挤压结束后直接进行525℃×3h的固溶处理和180℃×10h的时效处理。
本发明得到的复合材料是直接成型的，同时材料组织较为均匀，复合材料中的颗粒团聚度大大降低，在局部处颗粒均匀分布。同时得到的晶粒较为细小圆整，同时空洞，疏松以及小的缺陷都消失，材料组织更加紧密。由于材料组织的优化，材料力学性能大幅度提高，塑形提高的同时抗拉强度大幅度提高。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施案例。
实施案例1
本发明的材料是：（zrb2+tib2）颗粒增强a356基复合材料，其成分：（zrb2+tib2）颗粒：0.3%，si:6.5~7.5%，mg：0.2%，ce：0.05%，er：0.01%。
工艺步骤：（1）将氟锆酸钾、氟硼酸钾和氟钛酸钾烘干以备用；（2）将1000ga356铝合金放入已经预热至320~360℃的石墨坩埚中加热熔化；（3）待合金完全融化后，将石墨坩埚继续加热至800~845℃；（4）在800~845℃下，将20g的备用粉末（氟锆酸钾和氟硼酸钾和氟钛酸钾混合粉末）利用石墨片压入石墨坩埚中并按照一定方式搅拌，搅拌方式为：粉末进入熔体后石墨棒搅拌2min，然后利用机械搅拌搅拌15min，机械搅拌完成后保温10min，最后利用石墨棒搅拌5min，总共搅拌32min；（5）将石墨坩埚中熔体保温3min，时间结束后将熔体降至755~765℃，然后利用扒渣工具进行扒渣，扒渣结束后利用石墨棒搅拌30s，搅拌结束后加入精炼剂进行精炼，精炼时间为30~60s；（6）将精练过后的熔体保温3~5min，当保温结束后加入5g，1g，2g的al10ce和al10er和mg，进行反应2~4min。（7）当反映时间结束后，将熔体再一次扒渣，精练，方法与步骤（5）一致。（8）精练结束后，将熔体降至650~675℃直接浇铸至预热至250~275℃的挤压磨具中并进行一定方式挤压，挤压参数为：挤压速度为：1.2mm/s,比压为135mpa，保压时间为18s。（9）待挤压结束后直接进行525℃×3h的固溶处理和180℃×10h的时效处理。
实施案例2
本发明的材料是：（zrb2+tib2）颗粒增强a356基复合材料，其成分：（zrb2+tib2）颗粒：0.3%，si:6.5~7.5%，mg：0.2%，ce：0.05%，er：0.05%。
工艺步骤：（1）将氟锆酸钾、氟硼酸钾和氟钛酸钾烘干以备用；（2）将1000ga356铝合金放入已经预热至320~360℃的石墨坩埚中加热熔化；（3）待合金完全融化后，将石墨坩埚继续加热至800~845℃；（4）在800~845℃下，将20g的备用粉末（氟锆酸钾和氟硼酸钾和氟钛酸钾混合粉末）利用石墨片压入石墨坩埚中并按照一定方式搅拌，搅拌方式为：粉末进入熔体后石墨棒搅拌2min，然后利用机械搅拌搅拌15min，机械搅拌完成后保温10min，最后利用石墨棒搅拌5min，总共搅拌32min；（5）将石墨坩埚中熔体保温3min，时间结束后将熔体降至755~765℃，然后利用扒渣工具进行扒渣，扒渣结束后利用石墨棒搅拌30s，搅拌结束后加入精炼剂进行精炼，精炼时间为30~60s；（6）将精练过后的熔体保温3~5min，当保温结束后加入5g，5g，2g的al10ce和al10er和mg，进行反应2~4min。（7）当反映时间结束后，将熔体再一次扒渣，精练，方法与步骤（5）一致。（8）精练结束后，将熔体降至650~675℃直接浇铸至预热至250~275℃的挤压磨具中并进行一定方式挤压，挤压参数为：挤压速度为：1.2mm/s,比压为135mpa，保压时间为18s。（9）待挤压结束后直接进行525℃×3h的固溶处理和180℃×10h的时效处理。
实施案例3
本发明的材料是：（zrb2+tib2）颗粒增强a356基复合材料，其成分：（zrb2+tib2）颗粒：0.3%，si:6.5~7.5%，mg：0.2%，ce：0.1%，er：0.01%。
工艺步骤：（1）将氟锆酸钾、氟硼酸钾和氟钛酸钾烘干以备用；（2）将1000ga356铝合金放入已经预热至320~360℃的石墨坩埚中加热熔化；（3）待合金完全融化后，将石墨坩埚继续加热至800~845℃；（4）在800~845℃下，将20g的备用粉末（氟锆酸钾和氟硼酸钾和氟钛酸钾混合粉末）利用石墨片压入石墨坩埚中并按照一定方式搅拌，搅拌方式为：粉末进入熔体后石墨棒搅拌2min，然后利用机械搅拌搅拌15min，机械搅拌完成后保温10min，最后利用石墨棒搅拌5min，总共搅拌32min；（5）将石墨坩埚中熔体保温3min，时间结束后将熔体降至755~765℃，然后利用扒渣工具进行扒渣，扒渣结束后利用石墨棒搅拌30s，搅拌结束后加入精炼剂进行精炼，精炼时间为30~60s；（6）将精练过后的熔体保温3~5min，当保温结束后加入10g，1g，2g的al10ce和al10er和mg，进行反应2~4min。（7）当反映时间结束后，将熔体再一次扒渣，精练，方法与步骤（5）一致。（8）精练结束后，将熔体降至650~675℃直接浇铸至预热至250~275℃的挤压磨具中并进行一定方式挤压，挤压参数为：挤压速度为：1.2mm/s,比压为135mpa，保压时间为18s。（9）待挤压结束后直接进行525℃×3h的固溶处理和180℃×10h的时效处理。
实施案例4
本发明的材料是：（zrb2+tib2）颗粒增强a356基复合材料，其成分：（zrb2+tib2）颗粒：0.3%，si:6.5~7.5%，mg：0.2%，ce：0.1%，er：0.05%。
工艺步骤：（1）将氟锆酸钾、氟硼酸钾和氟钛酸钾烘干以备用；（2）将1000ga356铝合金放入已经预热至320~360℃的石墨坩埚中加热熔化；（3）待合金完全融化后，将石墨坩埚继续加热至800~845℃；（4）在800~845℃下，将20g的备用粉末（氟锆酸钾和氟硼酸钾和氟钛酸钾混合粉末）利用石墨片压入石墨坩埚中并按照一定方式搅拌，搅拌方式为：粉末进入熔体后石墨棒搅拌2min，然后利用机械搅拌搅拌15min，机械搅拌完成后保温10min，最后利用石墨棒搅拌5min，总共搅拌32min；（5）将石墨坩埚中熔体保温3min，时间结束后将熔体降至755~765℃，然后利用扒渣工具进行扒渣，扒渣结束后利用石墨棒搅拌30s，搅拌结束后加入精炼剂进行精炼，精炼时间为30~60s；（6）将精练过后的熔体保温3~5min，当保温结束后加入10g，5g，2g的al10ce和al10er和mg，进行反应2~4min。（7）当反映时间结束后，将熔体再一次扒渣，精练，方法与步骤（5）一致。（8）精练结束后，将熔体降至650~675℃直接浇铸至预热至250~275℃的挤压磨具中并进行一定方式挤压，挤压参数为：挤压速度为：1.2mm/s,比压为135mpa，保压时间为18s。（9）待挤压结束后直接进行525℃×3h的固溶处理和180℃×10h的时效处理。
实施案例5
本发明的材料是：（zrb2+tib2）颗粒增强a356基复合材料，其成分：（zrb2+tib2）颗粒：0.3%，si:6.5~7.5%，mg：0.4%，ce：0.05%，er：0.01%。
工艺步骤：（1）将氟锆酸钾、氟硼酸钾和氟钛酸钾烘干以备用；（2）将1000ga356铝合金放入已经预热至320~360℃的石墨坩埚中加热熔化；（3）待合金完全融化后，将石墨坩埚继续加热至800~845℃；（4）在800~845℃下，将20g的备用粉末（氟锆酸钾和氟硼酸钾和氟钛酸钾混合粉末）利用石墨片压入石墨坩埚中并按照一定方式搅拌，搅拌方式为：粉末进入熔体后石墨棒搅拌2min，然后利用机械搅拌搅拌15min，机械搅拌完成后保温10min，最后利用石墨棒搅拌5min，总共搅拌32min；（5）将石墨坩埚中熔体保温3min，时间结束后将熔体降至755~765℃，然后利用扒渣工具进行扒渣，扒渣结束后利用石墨棒搅拌30s，搅拌结束后加入精炼剂进行精炼，精炼时间为30~60s；（6）将精练过后的熔体保温3~5min，当保温结束后加入5g，1g，4g的al10ce和al10er和mg，进行反应2~4min。（7）当反映时间结束后，将熔体再一次扒渣，精练，方法与步骤（5）一致。（8）精练结束后，将熔体降至650~675℃直接浇铸至预热至250~275℃的挤压磨具中并进行一定方式挤压，挤压参数为：挤压速度为：1.2mm/s,比压为135mpa，保压时间为18s。（9）待挤压结束后直接进行525℃×3h的固溶处理和180℃×10h的时效处理。
实施案例6
本发明的材料是：（zrb2+tib2）颗粒增强a356基复合材料，其成分：（zrb2+tib2）颗粒：0.3%，si:6.5~7.5%，mg：0.2%，ce：0.05%，er：0.01%。
工艺步骤：（1）将氟锆酸钾、氟硼酸钾和氟钛酸钾烘干以备用；（2）将1000ga356铝合金放入已经预热至320~360℃的石墨坩埚中加热熔化；（3）待合金完全融化后，将石墨坩埚继续加热至800~845℃；（4）在800~845℃下，将20g的备用粉末（氟锆酸钾和氟硼酸钾和氟钛酸钾混合粉末）利用石墨片压入石墨坩埚中并按照一定方式搅拌，搅拌方式为：粉末进入熔体后石墨棒搅拌2min，然后利用机械搅拌搅拌15min，机械搅拌完成后保温10min，最后利用石墨棒搅拌5min，总共搅拌32min；（5）将石墨坩埚中熔体保温3min，时间结束后将熔体降至755~765℃，然后利用扒渣工具进行扒渣，扒渣结束后利用石墨棒搅拌30s，搅拌结束后加入精炼剂进行精炼，精炼时间为30~60s；（6）将精练过后的熔体保温3~5min，当保温结束后加入5g，1g，2g的al10ce和al10er和mg，进行反应2~4min。（7）当反映时间结束后，将熔体再一次扒渣，精练，方法与步骤（5）一致。（8）精练结束后，将熔体降至650~675℃直接浇铸至预热至250~275℃的挤压磨具中并进行一定方式挤压，挤压参数为：挤压速度为：1.2mm/s,比压为135mpa，保压时间为18s。（9）将挤压好的铸件直接空冷至室温。
以下是不同稀土掺杂铝基复合材料挤压铸造力学性能表。
表1.不同稀土掺杂铝基复合材料挤压铸造力学性能