[发明专利]高强超细（TixBy‑TiC）/7075Al复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料，具体涉及一种高强超细（Ti_xB_y-TiC）/7075Al复合材料及其制备方法。

背景技术

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金为代表的7xxx系铝合金具有高的比强度，良好的加工性能，较高的韧性和耐腐蚀性等优点，被广泛应用于航空、军用与民用工业等领域。然而随着现代汽车工业、电子技术、建筑等行业的发展，特别是航空航天、武器装备、新能源等尖端行业的飞速发展，传统的结构材料已经不能满足其性能需求，但由两种或两种以上不同性质的材料所组成的复合材料因具有显著优于单一材料的性能而成为材料技术的一个重要发展方向。

从拓展Al-Zn-Mg-Cu系合金应用领域的角度出发，在活塞发动机等零部件应用工况下，其运行中在高温（工作温度顶部高达约430℃）、高压（3~5MPa）及腐蚀工况（含SO₂、SO₃、NO_x等）下承受反复交变载荷，且在气缸中往复运动速度很高（10~14m/s），导致其承受包括腐蚀、摩擦和磨损等破坏。油膜的破坏、局部温度过高（如爆发面处）均会导致活塞产生粘着磨损，甚至发生拉缸现象。因此在该严酷工况下，发挥7075Al合金较高的韧性和优良的可加工性，将其应用于发动机活塞等宽温域复杂气氛耐磨材料领域，有望为7075Al合金的工业化应用开拓一扇希望之窗。

Ti_xB_y、TiC增强相因具有高硬度、高熔点、良好的耐磨耐蚀性及热稳定性等优点，且与铝基体有良好的界面物理化学相容性等特征，因此Ti_xB_y、TiC增强铝基复合材料在汽车发动机活塞、制动盘等高温耐磨件领域具有显著的应用价值。颗粒增强铝基复合材料的性能主要由增强相的尺寸、体积分数、分布以及增强相与基体相的界面结合等决定的。但是，传统的外来添加法因存在颗粒表面有污染、弥散性差、添加量受限、界面结合差且易生成脆弱性副产物而严重影响复合材料的综合力学性能，而Khodaei等人研究工作表明，原位自生法则因增强相是从金属基体中原位生成的而具有热稳定性好、增强体表面洁净无污染且与基体界面相容性好以及界面结合强度高、晶粒分布均匀等优点，成为铝基复合材料研究中的一个重要方向。兰晔峰等利用TiO₂和B₂O₃与ZL102铝合金通过熔体反应法制备出（TiB₂+Al₂O₃）双相增强铝基复合材料，力学性能测试结果表明利用Al-TiO₂-B₂O₃体系原位制备的颗粒增强的铝基复合材料的硬度较ZL102铝合金提高了37.3%。

机械合金化（Mechanical Alloying，简称MA）作为一项固态非平衡加工技术，不仅可以使粉末混合均匀，形成超细粉末颗粒，与此同时，粒度的减小诱发粉末原子间相互扩散或产生固态反应从而完成合金化过程。自蔓延高温合成（Self Propagating High Temperature Synthesis，简称SHS）主要利用外部提供的能量来诱发强烈的放热反应，所释放出的强大能量会使反应以燃烧波的形式自动蔓延下去，从而得到所需材料，但这一过程需要满足一定的热力学条件，通常以绝热温度（Adiabatic Temperature，简称T_ad）的大小来作为评价标准。Schaffer等通过试验证明，采用MA诱发SHS，只需T_ad大于1300K。而热压烧结技术（Hot Pressed Sintering，简称HP）是近年来发展起来的一种晶粒细小、高致密度、良好机械和电学性能产品的制备方法，且通过降低烧结温度和保温时间可保持预合金粉末的超细结构。因此，可用来制备高强超细(Ti_xB_y-TiC)/7075Al复合材料。而传统的加工工艺，如铸造，难以得到高致密超细晶块体材料；而采用MA-SHS-HP制备方法较传统增强相颗粒添加法制备的(Ti_xB_y-TiC)/7075Al中，当Ti_xB_y-TiC含量大于50%后，其仍保持良好的界面结合强度。

发明内容