[发明专利]一种原位铝基复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料制备方法，尤其涉及一种原位铝基复合材料制备 方法。

背景技术

铝基复合材料由于密度低、比强度和比刚度高、尺寸稳定性好、耐磨性能 优良等优点，在航空航天、国防、汽车等领域都有着广阔的应用前景。但由于 铝基复合材料的制备技术不成熟、制备成本高，因此距离规模化应用还有相当 的距离。目前制备的方法主要有原位合成和挤压铸造两种：

原位合成是在基体内部发生反应生成增强相，生成的增强颗粒热稳定性 好，尺寸细小且易于分布均匀，基体与增强颗粒的界面洁净，但其难点在于获 得理想的增强相尺寸和形貌。目前已将高强超声引入复合材料制备，在铝合金 熔炼中投入使用，可实现对增强相形貌尺寸及分布的控制，但浇铸后无法避免 铸造缺陷的产生。

挤压铸造利用机械压力使金属熔体发生流动充型、结晶凝固，并发生一定 的塑性变形，进而获得密实的工件。因此，挤压铸造提供的压力有助于改善颗 粒的团聚现象，并使其与铝基体紧密结合，便于获得均匀致密的颗粒增强铝基 复合材料坯体或制件，可减小或消除铸造缺陷的影响，但难以实现对增强相的 控制。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种原位铝基复合材 料制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种原位铝基复合材 料制备方法，具体分为以下步骤：

a、称取一定质量的纯铝块或铝合金块料,置于坩埚中；

b、采用感应加热装置将纯铝块或铝合金块料熔化，并使铝熔体或铝合金 熔体温度保持在750～850℃；

c、确定添加物的种类，所述添加物为Ti粉、K₂TiF₆粉、Ti-C块体、Ti-B块 体的任一种；

添加物为Ti粉时，按纯铝块或者铝合金块料质量分数的1.48～5.92％称取 Ti粉，用铝箔将称取好的Ti粉包裹好，保证包裹后取放铝箔无Ti粉洒出；

添加物为K₂TiF₆粉时，按纯铝块或者铝合金块料质量分数的7.4～29.6％称 取K₂TiF₆粉，用铝箔将称取好的K₂TiF₆粉包裹好，保证包裹后取放铝箔无K₂TiF₆粉洒出；

添加物为Ti-C块体时，先以Ti粉和C粉为反应物，按相同物质的量将Ti粉 和C粉置于球磨机，球磨8h后,压制成Ti-C块体，然后按纯铝块或者铝合金块料 质量分数的4.4～17.5％称取Ti-C块体；

添加物为Ti-B块体时，先以Ti粉和B粉为反应物，按相同物质的量将Ti粉 和B粉置于球磨机，球磨8h后,压制成Ti-B块体，然后按纯铝块或者铝合金块料 质量分数的4.4～17.5％称取Ti-B块体；

d、将步骤c中的添加物放入坩埚中的铝熔体或者铝合金熔体的液面中央， 用超声探头2将铝箔或块体压入液面以下6～10cm；

e、开启超声换能器,在超声功率2kW,频率20kHz的条件下，振动约15～30 分钟，振动至添加物与铝熔体或者铝合金熔体3完全反应，得到复合材料浆 料；

f、将超声探头移除，关闭感应加热装置，然后将步骤e制得的复合材料浆 料浇铸至挤压铸造模具的型腔12中进行加压凝固，比压为150～200Mpa,保压 20～30s，浆料在压力下结晶凝固为坯料，然后用顶杆将制得的坯料顶出，最 终得到Al₃Ti质量分数为4～16％的Al₃Ti/Al复合材料。

本发明的添加物为Ti粉时，Ti粉的目数为300目。

本发明将超声处理熔体进行原位制备与挤压铸造工艺相结合，既发挥了超 声对原位反应的控制作用，又实现了原位制备和挤压铸造的优势互补，可用于 制备不同原位颗粒增强或晶须增强铝基复合材料，制得的铝基复合材料增强相 分布均匀，组织致密，材料力学性能相比于基体得到了极大提高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明采用超声辅助熔体装置制备复合材料浆料的操作示意图。

图2为本发明将铝基复合材料浆料进行挤压铸造制做坯料的示意图。