[发明专利]一种Al-Si9Cu1颗粒增强复合材料的制备方法

说明书

本发明涉颗粒增强铝基复合材料的制备技术领域，特指一种原位(TiB₂+ZrB₂)颗粒增强Al‑Si‑Cu基复合材料的制备方法。本发明是把一定比例的Al18Si，纯Al，Al50Cu合金放入一定温度石墨坩埚中熔化，之后在一定温度下加入一定比例的氟钛酸钾，氟锆酸钾及硼砂混合粉末，粉末完全加入后，开启机械搅拌和电磁搅拌器进行一定时间的搅拌，搅拌结束后，把炉中的温度降到一定温度，进行扒渣，扒渣之后进行一定方式的浇铸得到所需的复合材料。得到的复合材料铸态组织晶粒比Al‑Si‑Cu合金的晶粒更加细小、圆整，并拥有强度高、塑形好的优点。

技术领域

本发明涉及一种复合材料技术领域的制备方法，具体地是，利用机械搅拌与电磁搅拌相结合的熔体反应法制备出原位(TiB₂+ZrB₂)颗粒增强Al-Si-Cu基复合材料。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料具有高比强度，高弹性模量等优点，在航空航天，高级制造业以及国防等领域有广阔的前景。相比传统的加颗粒的铝基复合材料，原位颗粒增强铝基复合材料的颗粒与基体润湿性好，界面结合牢固，反应过程中不宜引入杂质，制备出的材料更为纯净，性能较为优异。Al-Si-Cu合金是重要的Al-Si系合金，Cu元素的加入能提高合金的性能。首先，尺寸较大的Cu原子溶入Al-Si合金中，使Al固溶体产生严重的晶格畸变，阻碍位错的运动，加大滑移运动的切应力，形成固溶强化，提高了合金的强度。再次，Cu在Al-Si合金中，形成θ(CuAl₂)相，在固溶处理时，CuAl₂溶入α固溶体中，在时效过程中析出θ′、θ″(CuAl₂)亚稳相或CuAl₂稳定相，这些强化相可以阻碍位错的运动，提高拉伸强度、硬度、疲劳强度和高温强度。将性能优异的Al-Si-Cu合金作为基体制备出(TiB₂+ZrB₂)颗粒增强的铝基复合材料，是一种性能优异基体与性能优异的陶瓷颗粒的结合，是一种优优结合，而制备出的复合材料性能较Al-Si-Cu合金更为优异。

熔体直接反应法是直接把铝合金基体融化，在其中加入反应物，进行充分反应后进行浇铸，该方法可以直接得到浇铸的复合材料，该工艺操作简单，生产成本低，周期短，易于工业生产化。但是，熔体直接反应法也存在不足，该工艺下的制备的复合材料颗粒团聚，影响材料性能。利用机械搅拌和电磁搅拌的结合施加在熔体反应过程中，在搅拌的过程中不断打碎团聚的颗粒，使颗粒分布更为均匀，由于颗粒TiB₂具有细化晶粒作用，所以此法制备的复合材料基体晶粒更加细小，从而大幅度提高材料的性能。

经对现有的技术文献探索发现，中国专利号为：2015107658685，名称为：一种颗粒增强铝基复合材料的制备方法，采用的是先将复合颗粒包覆热轧成预制块，然后在将预制块放入浇注道用铝液浇注，该方法中需用球磨机球磨复合颗粒，花费时间长，由于颗粒之前已经制成预制块，所以颗粒分散度并不好，颗粒包覆和轧制增加了制备工艺步骤，并未像本专利制备方法简单且节省成本，同时该专利中颗粒是外加进入，颗粒与基体材料结合度不如本专利原位制备的复合材料。中国专利号为：2015100957741，名称为：一种原位Al₃Ti颗粒增强Al-Si-Cu复合材料半固态浆料制备方法，采用的是在Al-Si-Cu熔化合金中加入K₂TiF₆粉末，在进行电磁搅拌进行搅拌，搅拌过程中逐渐降温。该方法制备过程中降温过程不好控制，降温速率也会影响材料性能，且该专利制备的是Al₃Ti颗粒增强，该颗粒不如TiB₂颗粒细小，也没有TiB₂颗粒细化晶粒的作用，所以该专利制备方法制备出的材料没有本专利制备出材料可控性高，也没有本专利制备出的复合材料基体组织晶粒细小。

发明内容

本发明是利用机械搅拌与电磁搅拌结合的熔体反应制备方法制备出原位的(TiB₂+ZrB₂)颗粒增强的Al-Si-Cu基复合材料。