专利名称:颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种复合材料技术领域：
的制备方法，具体地说，是一种颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法。
背景技术：
铝基复合材料具有高比强度、高比模量和高比刚度，在航空航天、国防、工业等领域有着广泛的应用。传统的铝基复合材料的制备方法是将增强颗粒外加到铝基体中，由于在铝基体中外加颗粒存在着增强颗粒与基体浸润性差，界面反应难以控制，增强颗粒分布不均匀等缺陷，影响了铝基复合材料的性能。同时采用外加颗粒的制备工艺复杂，成本较高，不利于推广应用。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为1376805，
公开日为2002.10.30，发明名称为一种高强度原位铝基复合材料，是采用粉末烧结的方法制备的原位混杂Al2O3、TiB2颗粒增强的铝基复合材料。该方法的原料是铝或铝合金，TiO2和B粉末，经过混粉、冷压，烧结和挤压四个步骤才完成材料的制备，存在原料成本高，制备工艺复杂，无法实现大规模生产等问题。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种原位颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，即采用混合盐反应制备混杂颗粒增强铝基复合材料，使其具有原料成本低，制备工艺简单的优点，适于大规模的工业生产。
本发明是通过以下技术方案实现的，所述的原位颗粒混杂增强铝基复合材料，其组分及重量百分比为TiB2颗粒1～30％、Al2O3颗粒1～30％，余量为Al或Al合金。制备步骤如下(1)在坩埚中加入工业纯铝，使铝锭熔化，用Ar气保护，升温至850～1100℃；
(2)将Na2B4O7、K2TiF6以1∶0.9～l∶1.4的质量比均匀混合，在150～250℃烘干2～5小时，然后将Na2B4O7、K2TiF6混合盐加入熔体中，机械搅拌，搅拌速度为200～500rpm，搅拌时间为10～60min；(3)反应结束后，取出发应熔渣，加入合金元素，在熔体中通入Ar气进行除气精炼，扒去浮渣，然后静置，静置时间为10～30min，静置温度680～780℃；(4)然后浇注到模具中，得到复合材料铸锭。
本发明利用混合盐反应铝基体中反应生成TiB2和Al2O3颗粒来制备原位混杂增强铝基复合材料。原位生成的TiB2和Al2O3颗粒在基体中分布均匀，颗粒表面干净，与基体的界面结合良好。TiB2和Al2O3颗粒在基体中起到明显的强化作用，提高了材料的强度和模量。这种制备方法工艺简单，原料价格低廉，制备的复合材料具有良好的力学性能和成形能力，可以广泛应用于航空航天、汽车等领域。
本发明制备出的铝基复合材料界面干净，颗粒尺寸可以控制，颗粒分布均匀，同时具有工艺简单，成本低的优点。混杂增强可以改善单一增强体的不足，使各种增强材料的不同性质相互补充，产生混杂效应同时可以提高增强体的含量，进一步提高材料的性能。
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例。
实施例1本实施例要制备的材料的组分及其重量百分比为TiB2颗粒1％、Al2O3颗粒1％，余量为Al。
本实施例制备过程如下铝锭熔化后，用Ar气保护，升温至850℃，将质量比为1∶0.9的Na2B4O7、K2TiF6混合均匀并经过150℃烘干2小时加入到熔体中，然后进行搅拌，搅拌速度200rpm，搅拌时间10min。反应结束后取出发应熔渣，在熔体中通入Ar气进行除气精炼，扒去浮渣，然后静置10min，静置温度680℃，倒入铸模。得到含TiB21％、Al2O31％的复合材料铸锭，将铸锭进行挤压加工后，经过T6处理的复合材料的力学性能σb＝198MPa，σ0.2＝145MPa，δ＝6％，E＝74GPa。
实施例2本实施例要制备的材料的组分及其重量百分比为TiB2颗粒15％、Al2O3颗粒15％，余量为Al合金2024。
本实施例制备过程如下铝锭熔化后，用Ar气保护，升温至950℃，，将质量比为1∶1.2的Na2B4O7、K2TiF6混合均匀并经过200℃烘干4小时加入到熔体中，进行搅拌，搅拌速度300rpm，搅拌时间40min。反应结束后取出发应熔渣，加入合金元素，在熔体中通入Ar气进行除气精炼，扒去浮渣，然后静置15min，静置温度740℃，倒入铸模，得到含TiB215％、Al2O315％的复合材料铸锭。将铸锭进行挤压加工后，T6热处理，复合材料的力学性能σb＝560MPa，σ0.2＝472MPa，δ＝4.1％，E＝86GPa。
实施例3本实施例要制备的材料的组分及其重量百分比为TiB2颗粒30％、Al2O3颗粒30％，余量为Al合金7075。
本实施例制备过程如下铝锭熔化后，用Ar气保护，升温至1100℃，将质量比为1∶1.4的Na2B4O7、K2TiF6混合均匀并经过250℃烘干5小时加入到熔体中，然后进行搅拌，搅拌速度500rpm，搅拌时间60min。反应结束后取出发应熔渣，加入合金元素，在熔体中通入Ar气进行除气精炼，扒去浮渣，然后静置30min，静置温度780℃，倒入铸模，得到含TiB230％、Al2O330％的复合材料铸锭。将铸锭进行挤压加工后，T6热处理处理，复合材料的力学性能σh＝763MPa，σ0.2＝734MPa，δ＝2.2％，E＝125GPa。
权利要求
1.一种颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下(1)在坩埚中加入工业纯铝，使铝锭熔化，用高温覆盖剂覆盖，升温；(2)将Na2B4O7、K2TiF6均匀混合，烘干，然后将Na2B4O7、K2TiF6混合盐加入熔体中，同时进行机械搅拌；(3)反应结束后，取出发应熔渣，加入合金元素，在熔体中加入无害铝合金精炼剂进行除气精炼，扒去浮渣，然后静置；(4)然后浇注到模具中，得到复合材料铸锭；所述的铝基复合材料的组分及重量百分比为TiB2颗粒1～30％、Al2O3颗粒1～30％，余量为Al或铝合金。
2.根据权利要求
1所述的颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的升温为850～1100℃。
3.根据权利要求
1所述的颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的Na2B2O3、K2TiF6，其质量比为1∶0.9～1∶1.4。
4.根据权利要求
1所述的颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的烘干，其温度为150～250℃。
5.根据权利要求
1或4所述的颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的烘干，其时间为2～5小时。
6.根据权利要求
1所述的颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的机械搅拌，搅拌速度为200～500rpm，搅拌时间为10～60min。
7.根据权利要求
1所述的颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的除气精炼，使用的是Ar气。
8.根据权利要求
7所述的颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的Ar气，其流量为2-10ml/min。
9.根据权利要求
1所述的原位Al2O3、TiB2颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的静置，其温度680～780℃。
10.根据权利要求
1或9所述的原位Al2O3、TiB2颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，其特征是，所述的静置，其时间为10～30min。
专利摘要
一种复合材料技术领域：
的颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法。本发明步骤(1)在坩埚中加入工业纯铝，使铝锭熔化，用Ar气保护，升温；(2)将Na
文档编号C22C1/00GK1995418SQ200610148222
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月28日
发明者陈东, 王浩伟, 孙焕焕, 马乃恒, 李险峰 申请人:上海交通大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan