[发明专利]一种原位内生纳米NbB

权利要求书

1.一种原位内生纳米NbB₂颗粒细化及强化铝合金的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)原位内生纳米NbB₂颗粒细化及强化剂的制备：

(1a)硼粉球磨活化预处理：将硼粉放入球磨罐中，用球磨机将硼粉以200～300r/min的速度球磨活化处理1～3h；

(1b)反应压坯所用粉料的配制：称取所需的粒度13～48μm的铝粉，球磨处理后粒度为0.5～1μm的硼粉，粒度为48μm的铌粉，粒度为45μm的铜粉备用；将铝粉、铌粉、硼粉、铜粉按以下几种配比配制成100g混合粉末制成Al-Nb-B-Cu压坯，具体如下：

①Al-Nb-B体系中反应生成纳米NbB₂陶瓷颗粒的质量分数为10wt.％；体系中铝粉、铌粉、硼粉、铜粉各自重量分别为：铝粉：90克；铌粉：8.11克；硼粉：1.89克；铜粉：0克；配制成100克混合粉末；其中，纳米NbB₂陶瓷颗粒中的Nb/B质量比为4.30:1；

②Al-Nb-B体系中反应生成纳米NbB₂陶瓷颗粒的质量分数为20wt.％；体系中铝粉、铌粉、硼粉、铜粉各自重量分别为：铝粉：80克；铌粉：16.22克；硼粉：3.78克；铜粉：0克；配制成100克混合粉末；其中，纳米NbB₂陶瓷颗粒中的Nb/B质量比为4.30:1；

③Al-Nb-B体系中反应生成纳米NbB₂陶瓷颗粒的质量分数为30wt.％；体系中铝粉、铌粉、硼粉、铜粉各自重量分别为：铝粉：70克；铌粉：24.33克；硼粉：5.67克；铜粉：0克；配制成100克混合粉末；其中，纳米NbB₂陶瓷颗粒中的Nb/B质量比为4.30:1；

④Al-Nb-B体系中反应生成纳米NbB₂陶瓷颗粒的质量分数为40wt.％；体系中铝粉、铌粉、硼粉、铜粉各自重量分别为：铝粉：60克；铌粉：32.45克；硼粉：7.55克；铜粉：0克；配制成100克混合粉末；其中，纳米NbB₂陶瓷颗粒中的Nb/B质量比为4.30:1；

⑤Al-Nb-B-Cu体系中反应生成纳米NbB₂陶瓷颗粒的质量分数为30wt.％，其中Cu元素的含量为5wt.％；体系中铝粉、铌粉、硼粉、铜粉各自重量分别为：铝粉：65克；铌粉：24.33克；硼粉：5.67克；铜粉：5克；配制成100克混合粉末；

(1c)反应压坯所用粉料的球磨混合处理：将配制好的不同组分的混合粉料与氧化锆磨球放入混料机中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO₂球，每种10个，ZrO₂球质量共800g；混料机以30～60r/min的速度均匀混合8～32h；其中氧化锆磨球和混合粉末的质量比是8:1；

(1d)反应压坯的制备：将球磨混料的粉料取出，将球磨混好的粉料用铝箔包好，在液压机上冷压制成Φ30圆柱形压坯，高35～45mm；致密度为60～75％；

(1e)纳米颗粒原位反应：

①用石墨纸将制得的Φ30圆柱形压坯包裹好放入到石墨模具中；

②将石墨模具和Φ30圆柱形压坯放入到真空热爆炉中，关闭炉门，后抽真空至炉内压力低于10Pa；

③开始加热，加热速度设置为25～40K/min；加热升温至1183K，然后将温度降到1073K后保温10min，保温过程中同时对圆柱形压坯施加轴向25～55MPa压力，保压时间20～60s；反应后并经轴向压力致密化的圆柱形陶铝复合物随炉在真空中冷却至室温；

(2)未细化和强化处理的铝合金的制备：

(2a)将预先称量好的铝合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；铝合金的成分为：Al-Si₇-Mn_0.65-Mg_0.33、Al-Si₁₀-Cu-Mg_0.39；

(2b)待合金完全熔化后并保温30min，加入0.05～0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；

(3)原位内生纳米NbB₂陶瓷颗粒强化处理铝合金：

(3a)在将称量好的合金放入坩埚中随坩埚一起放入炉内后，升温至1123K；

(3b)待合金完全熔化后并保温30min，加入0.05～0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；

(3c)将含有NbB₂陶瓷颗粒的强化剂加入到合金液中，NbB₂陶瓷颗粒的实际加入量为0.1wt.％～0.3wt.％，对混合合金液采用超声处理3～10min；

(3d)将超声处理后的金属液浇铸到金属型模具内，凝固冷却后得到纳米NbB₂陶瓷颗粒细化及强化铝合金的板状式样。

2.根据权利要求1所述的一种原位内生纳米NbB₂颗粒细化及强化铝合金的方法，其特征在于：所述步骤(3d)中的金属型模具的材质为：45#钢，金属型模具的尺寸为：200mm×150mm×20mm。