[发明专利]多元磁场组合熔体反应合成铝基复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒增强铝基复合材料的制备技术领域，特别涉及到一种利用多 元组合磁场对铝基复合材料的熔体反应合成的方法。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料因具有复合的结构特征和良好的理化及机械性能，逐 渐成为一种应用越来越广泛的新型材料。目前，熔体反应合成法是制备颗粒增强 铝基复合材料的重要方法，该方法是通过向熔体内加入反应物，通过反应物与铝 基体间的原位化学反应形成增强颗粒相。由于加入的反应物基本上都是固相，所 以反应物与熔体之间的反应属典型的固-液相反应，固相反应物的分散、原位化 学反应以及原位颗粒的形核长大、分散等都对原位复合制备过程有重要影响，进 而影响材料的组织和性能，因此，熔体反应合成的过程控制一直是熔体反应法制 备颗粒增强铝基复合材料的关键，备受重视。

经检索，中国专利CN101391291A提出一种组合电磁场下原位合成金属基 复合材料的方法，对熔体的原位反应合成过程施加由旋转磁场和行波磁场组合的 磁场，该发明可以改善固相反应物和生成颗粒的分散性，从而改善反应的动力学 条件，但该发明的不足是所施加的组合磁场，都是低频磁场(＜100Hz)，由于低频 磁场的能量低且分散，所以磁场能量是以搅动为主的机械能，对化学反应的能量 起伏没有影响，也就是不能改变固液相反应的热力学条件。提出在原位合成过程 施加低频磁场搅拌的现有技术还有：中国专利：CN 101199989，异频复合电磁场 下连续铸造颗粒增强金属基复合材料的方法，中国专利：CN 1667147C，一种工 业规模制备内生颗粒增强铝基复合材料的制备方法。以上现有技术对熔体反应的 整个过程施加一种形式的低频磁场，这种磁场对复合反应的热力学影响甚微，甚 至没有作用，也没有根据原位反应的进程即不同阶段采用不同的磁场作用。

中国专利：CN 101391290A，一种磁场与超声场耦合作用下制备金属基复合 材料的方法，提出在原位反应的过程施加磁场与超声的耦合场，所提出的磁场有 三种方案，包括：强脉冲磁场、高频振荡磁场和低频交变磁场，该发明提及的三 种磁场是针对不同的制备目的提出的三种与超声场耦合作用的技术方案，其不足 是：电磁场属电磁波，而超声场属机械波，两种场的作用效果可以互补，但两种 不同的场是不能叠加耦合的，所以该方案实质是单一磁场作用和超声作用两种效 果的耦合互补，另外，该发明也没有根据原位反应的进程即不同阶段采用不同的 磁场作用，没有将不同外场的作用充分发挥。

由于熔体反应合成过程是典型的固液相反应，按照固液相反应的特点，其反 应机理即反应组成环节为可主要分为三步：一、反应物的分散和向固-液界面的 传质过程，这主要是一个反应动力学问题；二、固液界面上发生化学反应，生成 颗粒相质点，这主要是一个反应热力学问题；三、反应生成的颗粒相的长大、扩 散以及反应副产物的排出，这涉及熔体内新相析出长大的热力学和动力学，但主 要可以看作是以动力学为主的过程。鉴于熔体反应合成过程在不同的阶段，涉及 的物理化学问题不同，所以，如果在整个熔体反应合成过程施加一种单一外场或 复合外场，则不能充分发挥外场的作用，也达不到利用外场准确控制熔体反应合 成过程的目的。

综上所述，熔体反应合成的过程控制是熔体反应法制备颗粒增强铝基复合材 料的关键，现有采用外场包括磁场、超声波以及复合场来控制或改善反应条件的 技术没有根据熔体反应合成法是固-液相反应这一重要特征，按照反应步骤和进 程采取适当的外场进行控制。因此，根据熔体反应合成过程的机理，设计适合不 同反应阶段的外场，对反应合成过程进行控制，对高性能复合材料的制备具有重 要意义。

发明内容

本发明的目的是按照熔体反应法制备颗粒增强复合材料的合成过程机理，在 反应合成的不同阶段，施加不同形式的磁场，对原位合成过程进行准确控制，使 合成过程的每个环节都达到最佳反应条件，实现最佳反应效率和最大限度的发挥 外场对熔体反应过程的控制作用。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：

根据熔体反应合成过程是典型的固液相反应，按照固液相反应的特点，其反 应组成环节为可主要分为三个阶段，根据合成过程每个阶段的特点施加不同的磁 场进行控制。