[发明专利]一种原位颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铝基复合材料制备成形领域，涉及一种以原位生成的TiB₂及Mg₂Si为混合增强相，以铝合金为基体的复合材料及其制备方法。

背景技术

目前，随着环境问题以及能源危机等日渐严重，对汽车、航空航天等领域轻量化的要求越来越迫切，因此，选用合适的轻质高强材料越来越重要。有相关研究表明，汽车质量每减10％，油耗量约降低5％～6％。铝合金由于密度低，成为汽车等交通工具轻量化的理想材料。目前，在汽车行业中，铝合金广泛应用于轮彀、刹车片、车身、发动机缸体等零部件。

铝合金在工业实际运用中受限于其较低的硬度和耐磨性、高线性膨胀系数和大体积收缩率。而铝基复合材料可以弥补这方面的缺点，复合材料中的增强相可以提高基体的硬度、耐磨性等，具有巨大的实际意义及综合价值。有相关文献报道，有些铝基复合材料已经在卫星，飞机等高端领域得到一定的应用。

颗粒增强铝基复合材料中颗粒的来源可分为外加法和原位法两种，但外加法中颗粒与基体熔液润湿性差，颗粒一般难以加入，且有与基体结合强度低，团聚偏析等缺点。原位法避免了外加法加入颗粒时出现的固、液、气三相界面引起的润湿性差的问题，进而可以避免这方面的缺点，且结合强度高。所以从理论上讲，原位内生的方法相对于外加法具有更好的力学性能。

Mg₂Si增强铝基复合材料具有较好的切削加工性，但其推广应用受限于其具有室温脆性的尺寸较大的组织形态。在Mg₂Si铝基复合材料中，Mg₂Si作为金属间化合物，其初生相在二维形貌上一般呈现比较粗大的汉字状、放射状、网状，三维形貌上呈现与基体相间的层片状，这种结构对基体的割裂作用导致了Mg₂Si复合材料的室温脆性，进而降低复合材料的力学性能。

目前Mg₂Si铝基复合材料的变质细化研究多集中于对过共晶Mg₂Si铝基复合材料中初生Mg₂Si的细化及生长的控制。细化变质方法主要有混合盐细化法、稀土变质处理法、Ca变质处理法、P变质处理法、Sr变质处理法等诸多方法。这些方法可以部分解决存在的问题，但是都还存在一些问题，Mg₂Si增强体的枝晶生长趋势都不能得到很好的控制，细化效果有限。

在铝熔体中也能够单独原位生成TiB₂颗粒，形成铝基复合材料，在耐磨件、耐腐蚀件、耐高温件等零件上具有应用前景。但原位生成TiB₂颗粒的问题主要是难以获得高体积分数的颗粒，以及成本较高等。

所以，原位生成单一的增强体时往往难以达到较高的体积分数。简单地将两种颗粒叠加也不一定能够产生好的效果，甚至有可能集中了二者的缺点，以至于不能解决现存技术问题。因此，发明新的增强体系及合成方法具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种原位颗粒混杂增强铝基复合材料，该复合材料具有密度低，力学性能良好，增强相体积分数范围大；本发明还提供了该原位颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法。

本发明提供的一种原位颗粒混杂增强铝基复合材料，该材料基体是铝镁合金，其合金元素的组成及质量百分比为：Mg 0.5～3.5，余量为Al96.5～99.5；其特征在于，该复合材料含有均匀分布的二种增强体，即原位生成的TiB₂和Mg₂Si颗粒，其中，TiB₂占整个复合材料的体积分数为1～10％，Mg₂Si占整个复合材料的体积分数为2～20％。

上述原位颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法，该方法在铝镁合金原料中通过加入KBF₄与K₂TiF₆的混合盐反应生成TiB₂，通过加入Si及Mg生成Mg₂Si相，制备得到均匀分布的原位TiB₂及Mg₂Si颗粒混杂增强铝基复合材料或型材。

上述制备方法的具体实现步骤为：