[发明专利]一种纳米碳化钛增强铝硅基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属基复合材料及其制备技术领域，具体涉及一种纳米碳化钛增强铝硅基复合材料，并且还涉及其制备方法。

背景技术

铝硅合金金属属于铸铝合金的一种，是目前使用最为广泛的铝合金，尤其被应用于与航空航天、交通运输和电子等领域。随着航空航天等技术的发展，对铝硅合金的性能特别是屈服强度、抗拉强度和延伸率提出了更高的要求，因此开发得以全面提升前述性能的铝硅合金材料具有积极意义。

在公开的中国专利文献中可见诸铝硅合金材料的技术信息，如文献A.CN102965551A推荐有“一种过共晶铝硅合金及其制备方法”，化学元素及其重量%比为：硅16-19%、铜3-4%、镁0.4-0.7%、镍1-2%、稀土Re0.4-1.2%、磷0.001-0.006%、铁＜0.4%，余量为铝；文献B.CN104264016B提供有“一种铝硅合金材料及其制备方法”，化学元素及其质量%含量为：15-20wt%的硅、0.2-0.5 wt%的混合稀土，余量为铝和不可避免的杂质；文献C.CN106319297A介绍有“一种高强度共晶铝硅合金及其制备方法”，其化学元素及其质量%含量为：Si3-5%、Ti1-5%、Mg0.2-0.5%、Cu0.2-0.5%、Fe0.5-0.7%、Mn0.1-0.3%，余量为Al和不可避免的杂质。并非限于例举的前述专利均不是纳米碳化钛增强铝基复合材料范畴。研究表明将增强材料即增强相的尺寸降至纳米级，可显著提高强度。另，据本申请人所知，已有技术中的铝硅合金的屈服强度普遍在200MPa以下，抗拉强度在220MPa左右，延伸率为4-5%左右，因此有必要予以全面提升，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的首要任务在于提供一种有助于提高屈服强度、抗拉强度和延伸率而藉以满足更广泛的应用领域的物理指标要求并拓展用途的纳米碳化钛增强铝硅基复合材料。

本发明的另一任务在于提供一种纳米碳化钛增强铝硅基复合材料的制备方法，该方法简便易行、制备成本低并且能保障制备的纳米碳化钛增强铝硅基复合材料具有理想的屈服强度、抗拉强度和延伸率。

本发明的首要任务是这样来完成的，一种纳米碳化钛增强铝硅基复合材料，其化学元素及其质量%含量为：6.5-7.5%的硅、0.25-0.45%的镁和0.2-1%的纳米碳化钛，余量为铝。

本发明的另一任务是这样来完成的，一种纳米碳化钛增强铝硅基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)制备纳米铝-碳化钛粉末，将纳米碳化钛粉末与铝粉投入球磨机中球磨并且控制球磨机的转速以及控制球磨时间，得到纳米铝-碳化钛粉末；

B)熔炼，先将铝锭放入熔炼炉中，加热至750-800℃并保持温度恒定，再向熔炼炉加入铝硅中间合金和镁块，待铝硅中间合金和镁块熔化后，将熔炼炉温度升至800-900℃，而后加入由步骤A）得到的纳米铝-碳化钛粉末，搅拌，接着将温度降至750-800℃，加入精炼剂清渣除气并且对熔液取样分析及调整化学元素的质量%含量为：6.5-7.5%的硅、0.25-0.45%的镁和0.2-1%的纳米碳化钛，余量为铝，静置，扒渣，浇注成型，得到待后处理坯；

C)后处理，将由步骤B）得到的待后处理坯投入加热炉进行固溶处理，并且控制固溶处理的温度和时间，固溶处理结束后进行水淬，水淬后进行时效处理并且控制时效处理的温度和时间，得到纳米碳化钛增强铝硅基复合材料。

在本发明的一个具体的实施例中，步骤A）中所述的纳米碳化钛粉末与铝粉的重量比为2.5-3.5∶6-8。

在本发明的另一个具体的实施例中，步骤A）中所述的球磨机为行星式球磨机。

在本发明的又一个具体的实施例中，步骤A）中所述的控制球磨机的转速以及控制球磨时间是将球磨机的转速控制为100-400rpm，将球磨时间控制为12-24h。

在本发明的再一个具体的实施例中，步骤B）中所述的铝硅中间合金为硅元素的重量点重量的20%的Al-20Si合金，其中，硅元素的重量占总重量的20%。

在本发明的还有一个具体的实施例中，步骤B）中所述搅拌的时间为2-3min，所述的静置的时间为4-6min。

在本发明的更而一个具体的实施例中，步骤C）中所述的控制固溶处理的温度和时间是将固溶处理的温度和时间分别控制为520-540℃和2-6h。

在本发明的进而一个具体的实施例中，步骤C）中所述的控制时效处理的温度和时间是将时效处理的温度和时间分别控制为160-180℃和4-8h。