專利名稱：混合鹽法制備鋁基復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種制備鋁基復(fù)合材料的方法，特別是一種混合鹽法制備鋁基復(fù)合材料的方法，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，許多文章報(bào)導(dǎo)了關(guān)于原位自生反應(yīng)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的研究。其特點(diǎn)是增強(qiáng)顆粒在基體內(nèi)部原位合成，基體界面結(jié)合較好且界面干凈；原位增強(qiáng)顆粒尺寸細(xì)小(一般＜3.0μm)且在基體中分布均勻；通過選擇反應(yīng)類型及控制反應(yīng)參數(shù)，可獲得不同種類、不同數(shù)量的原位增強(qiáng)顆粒；增強(qiáng)顆粒的原位合成同鑄造技術(shù)結(jié)合起來；工藝簡便、成本低；可用來制備一定形狀和大小的復(fù)合材料。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Dacies P.Development of Cast Aluminium MMCs(鋁基復(fù)合材料的發(fā)展)，Key Engineering Materials(重要工程材料)，1993，77357-362，但該方法存在著所制備的復(fù)合材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高，或當(dāng)TiB2重量百分比大于8％時(shí)，其組織結(jié)構(gòu)惡化，鑄造性能變差，材料的力學(xué)性能大大降低。在進(jìn)一步的檢索中未見有與本發(fā)明主題相同文獻(xiàn)的報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種混合鹽法制備鋁基復(fù)合材料的方法，使其解決TiB2增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的沉降偏聚問題。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明通過加入含有熔體化合金元素的反應(yīng)助劑和快速攪拌工藝，控制反應(yīng)助劑的種類、加入量、配比、攪拌速度、加入的反應(yīng)溫度及反應(yīng)時(shí)間，解決TiB2增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的沉降偏聚問題，制備出組織性能優(yōu)良的鋁基復(fù)合材料。
以下對本發(fā)明方法作進(jìn)一步的說明，具體內(nèi)容如下將基體合金在720-760℃溫度范圍熔化，同時(shí)保溫均勻化20min，之后加入反應(yīng)鹽和反應(yīng)助劑(必須充分混合均勻且烘干)，并采用高純石墨槳施以攪拌，速度范圍在200-1000r/mim，其加入后反應(yīng)時(shí)間為10min-30min。待反應(yīng)完成后清除鹽渣，并進(jìn)行精煉處理后就澆鑄材料。
所述的反應(yīng)助劑含有Na3AlF6和MgCl2，其配比為2∶1-4∶1，反應(yīng)助劑的加入量為反應(yīng)鹽的10-30重量百分比。
解決TiB2增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的沉降偏聚問題，其關(guān)鍵點(diǎn)在于如何阻止TiB2顆粒通過自身團(tuán)聚來降低表面能。在復(fù)合材料中加入適量的金屬鎂(含量約為1-2％)，使顆粒生成后首先通過吸附鋁液中的鎂來降低表面能，然后再與鋁形成較好的結(jié)合，這樣利用鎂作為降低顆粒表面能，阻止團(tuán)聚的手段，有效地減緩了顆粒沉降的現(xiàn)象。同時(shí)由于鎂的加入，使鋁液的粘度增加，而根據(jù)Stocks公式，復(fù)合材料粘度增加，顆粒的移動(dòng)速度減小，在較長時(shí)間內(nèi)不會(huì)因相互接觸而團(tuán)聚，在凝固過程中也容易被α-Al的晶粒所捕獲，形成均一穩(wěn)定的增強(qiáng)體。
利用快速攪拌促進(jìn)反應(yīng)的充分進(jìn)行，原位生成的TiB2粒子是直徑為1微米左右的顆粒，這種尺寸的顆粒在鋁液中不會(huì)有沉降的出現(xiàn)。但由于顆粒往往是在某一局部區(qū)域(熔鹽與鋁液的交界面上)生成，很容易因局部濃度偏高而發(fā)生團(tuán)聚。并且一旦團(tuán)聚產(chǎn)生，再使其分開細(xì)化就非常的困難了，于是就有了沉降和凝固過程中的偏聚發(fā)生。實(shí)驗(yàn)采用石墨槳快速旋轉(zhuǎn)攪拌，利用反應(yīng)熔化鹽自身的保護(hù)作用，將轉(zhuǎn)速控制在200-1000r/m，一方面可以增加熔鹽與鋁液的接觸機(jī)會(huì)，加速反應(yīng)，使原位生成的TiB2顆粒更加細(xì)??；另一方面促進(jìn)顆粒從反應(yīng)的高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的擴(kuò)散，使復(fù)合材料的沉降現(xiàn)象得到了一定的緩解。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明借助熔體化合金元素和快速攪拌等工藝，解決TiB2增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的沉降偏聚問題，制備了TiB2顆粒重量百分比高達(dá)10％且組織性能優(yōu)良的鋁基復(fù)合材料，同時(shí)也為鹽類反應(yīng)制備顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的進(jìn)一步拓展應(yīng)用提供了依據(jù)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 純鋁作為基體材料，KBF4和K2TiF6作為反應(yīng)混合鹽，并輔以Na3AlF6、MgCl2作反應(yīng)助劑，其配比為2∶1，總量為反應(yīng)混合鹽的10％，反應(yīng)助劑加入溫度760℃，反應(yīng)時(shí)間是10min，高純石墨槳攪拌速度為600r/min，制備重量百分比為10％的TiB2原位增強(qiáng)純鋁復(fù)合材料。材料的鑄態(tài)鑄態(tài)力學(xué)性能σb＝146Mpa；σ0.2＝101Mpa；δ＝7.3％；E＝91.6Gpa。
實(shí)施例2 A356作為基體材料，KBF4和K2TiF6作為反應(yīng)混合鹽，并輔以Na3AlF6、MgCl2作反應(yīng)助劑，其配比為3∶1，總量為反應(yīng)混合鹽的20％；反應(yīng)助劑加入溫度720℃，反應(yīng)時(shí)間是20min，高純石墨槳攪拌速度為200r/min，制備為重量百分比10％的TiB2/A356復(fù)合材料。材料的鑄態(tài)鑄態(tài)力學(xué)性能σb＝258Mpa；σ0.2＝201Mpa；δ＝2.6％；E＝91.2Gpa。
實(shí)施例3 A356作為基體材料，KBF4和K2TiF6作為反應(yīng)混合鹽，并輔以Na3AlF6、MgCl2作反應(yīng)助劑，其配比為4∶1，總量為反應(yīng)混合鹽的30％；反應(yīng)助劑加入溫度740℃，反應(yīng)時(shí)間是30min，石墨槳攪拌速度為1000r/min，制備重量百分比為10％的TiB2/A356復(fù)合材料。材料的鑄態(tài)鑄態(tài)力學(xué)性能σb＝260Mpa；σ0.2＝204Mpa；δ＝2.7％；E＝91.4Gpa。
權(quán)利要求
1.一種混合鹽法制備鋁基復(fù)合材料的方法，其特征在于通過加入含有熔體化合金元素的反應(yīng)助劑和快速攪拌工藝，控制反應(yīng)助劑的種類、加入量、配比、攪拌速度、加入的反應(yīng)溫度及反應(yīng)時(shí)間，解決TiB2增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的沉降偏聚問題，制備出組織性能優(yōu)良的鋁基復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合鹽法制備鋁基復(fù)合材料的方法，其特征是以下對方法作進(jìn)一步的說明，具體內(nèi)容如下將基體合金在720-760℃溫度范圍熔化，同時(shí)保溫均勻化20min，之后加入反應(yīng)鹽和反應(yīng)助劑，并采用高純石墨槳施以攪拌，速度范圍在200-1000r/mim，其加入后反應(yīng)時(shí)間為10min-30min；待反應(yīng)完成后清除鹽渣，并進(jìn)行精煉處理后就澆鑄材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合鹽法制備鋁基復(fù)合材料的方法，其特征是加入的反應(yīng)助劑必須充分混合均勻且烘干。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合鹽法制備鋁基復(fù)合材料的方法，其特征是所述的反應(yīng)助劑含有Na3AlF6和MgCl2，其配比為2∶1-4∶1，反應(yīng)助劑的加入量為反應(yīng)鹽的10-30重量百分比。
全文摘要
一種混合鹽法制備鋁基復(fù)合材料的方法屬于復(fù)合材料領(lǐng)域。本發(fā)明通過加入含有熔體化合金元素的反應(yīng)助劑和快速攪拌工藝，控制反應(yīng)助劑的種類、加入量、配比、攪拌速度、加入的反應(yīng)溫度及反應(yīng)時(shí)間，解決TiB
文檔編號C22C21/00GK1438344SQ0311567
公開日2003年8月27日 申請日期2003年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月6日
發(fā)明者王浩偉, 李險(xiǎn)峰, 馬乃恒, 王鵬 申請人:上海交通大學(xué)