[发明专利]氧化铝与二硼化锆增强铝基原位复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝基复合材料制备方法领域，特别涉及一种搅拌摩擦加工原位合成(Al₂O₃+ZrB₂)颗粒增强铝基复合材料的方法。

背景技术

铝基复合材料具有比强度高、比模量高、热导率高、热膨胀系数低、耐高温、耐磨损等优点，在航空航天、汽车等制造领域占有重要地位。与纤维增强铝基复合材料相比，颗粒增强铝基复合材料具有各向同性、制备相对简单、成本相对低廉等优点，是目前金属基复合材料领域研究的重点。

目前颗粒增强铝基复合材料制备主要包括液态、固态、半固态、沉积及原位合成五种加工工艺。与其它几种工艺相比，原位合成法制备颗粒增强金铝基复合材料具有以下优点：(1)原位生成增强体热力学性能稳定；(2)增强体与基体界面无污染且结合强度高；(3)增强体细小且均匀分布在基体内；(4)增强体尺寸不受初始加入颗粒尺寸限制。

经对现有技术的文献检索发现，朱和国等在《Powder Technology》(2012年，第217卷，第401-408页)发表的“Microstructure and high temperature wear of aluminum matrix composites fabricated by reaction from Al-ZrO₂-B elemental powders”，该文中提出采用放热弥散反应（XD）法合成(Al₂O₃+ZrB₂)颗粒增强铝基复合材料，具体方法为：用Al粉、B粉和ZrO₂粉为作原料，球磨、压块，在真空炉中加热反应生成Al₂O₃和ZrB₂颗粒，研究表明该类复合材料具有较高的耐高温磨损性能。其不足在于：合成颗粒在微米级，颗粒较粗大，反应需在真空及高温（800℃）下进行，生产成本高。

搅拌摩擦加工技术是在搅拌摩擦焊接技术基础上发展而成的一种固态加工方法。该技术制备颗粒增强铝基复合材料具有以下独特优势：(1)加工过程中复合材料发生动态再结晶形成细小等轴晶，其力学性能明显提高；(2)加工过程便于通过调节加工参数实现精确控制；(3)复合材料深度可通过改变搅拌工具的长度自由选择；(4)复合材料中颗粒增强相加入量可通过改变盲孔或沟槽尺寸及间距自由调整；(5)加工过程不产生有害气体，是一种无辐射、噪音少的绿色节能工艺。

搅拌摩擦加工原位合成技术是基于搅拌摩擦加工技术和原位合成技术基础上的一种复合制备工艺，其原理是利用搅拌摩擦加工过程中高温和剧烈塑性变形使颗粒与基体发生化学反应生成并分散所需的增强颗粒。该技术兼有搅拌摩擦加工技术和原位合成技术优点。

中国专利CN102021557A公开了一种铝合金表面Al₂O₃+TiB₂复合涂层及其制备方法，首先，在铝合金表面开出若干深为0.5mm～2mm，宽为0.5mm～2mm的沟槽，在沟槽中填充球磨好的含30%～70%TiO₂、30%～70%B₂O₃混合粉末，再通过搅拌摩擦加工，使TiO₂和B₂O₃混合粉末均匀分布在铝合金的表面层中，最后对这一表面层进行感应加热，产生化学反应3TiO₂+3B₂O₃+10Al=3TiB₂+5Al₂O₃，获得Al₂O₃+TiB₂复合涂层，涂层和基体间形成冶金结合界面。该专利中化学反应发生在搅拌摩擦加工之后，其不足在于：搅拌摩擦加工后需要后续感应加热过程才能发生化学反应，工艺步骤复杂，且感应加热过程中TiO₂和B₂O₃颗粒接触不充分，不利于反应完全进行。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化铝与二硼化锆增强铝基原位复合材料及其制备方法。

本发明采取技术方案为：

氧化铝与二硼化锆增强铝基原位复合材料的制备方法，包括步骤如下：