[发明专利]一种原位内生纳米NbB

说明书

本发明涉及了一种原位内生纳米NbB₂颗粒细化和强化铝合金的方法，具体包括以下四个步骤:(1)原位内生纳米NbB₂颗粒细化及强化剂的制备；(2)未细化和强化处理的铝合金的制备；(3)内生纳米NbB₂陶瓷颗粒强化处理铝合金；该技术方法细化及强化效率高，操作方法简便，尤其适用于髙硅含量的铝合金的组织细化和性能强化。铝合金经过细化和强化处理后，ɑ‑Al枝晶得到了显著细化，并且合金的力学性能得到了显著改善：屈服强度、抗拉强度和塑性显著提高；少量纳米NbB₂颗粒的加入即可达到较好的效果，细化和强化后的铝合金的应用领域进一步扩展，为铝合金的薄壁轻量化提供了一种新的解决思路，具有重要的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及铝合金加工和制备领域，具体涉及一种原位内生纳米NbB₂颗粒细化及强化铝合金的方法。

背景技术

出于减小能源消耗和减轻环境污染的考虑，减轻结构件的重量以及增强材料的力学性能推动了汽车、航空航天等行业向轻量化发展，其中铝合金起到了关键作用。铝合金是一种易于成型、密度低、比强度高、耐腐蚀性能较好的材料，广泛应用于制造运输业中所需的零件。近年来，如何进一步提高铝合金材料的物理、化学、力学等性能成为研究者们首先考虑的问题。众所周知，晶粒细化是提高材料力学性能的关键，通常采用加入含有陶瓷颗粒的细化剂和强化剂来实现晶粒的细化和材料的强化。NbB₂作为过渡金属硼化物，它具有熔点高、硬度高、耐腐蚀性好以及其他高温力学性能较好等优良的特点。NbB₂与具有面心立方晶体结构的铝合金基体之间具有较低的晶格错配度，且铌硅化合物属于高温金属间化合物，熔点高，化学稳定性较好。实验结果表明，Si在AlNb₃和AlNb₂中的固溶度较小，在Al₃Nb中固溶度仅有2at.％。800℃下铝熔体中形成铌硅化合物的可能性较小，因此，含Nb相可以作为异质形核剂用于铝硅合金的细化而不产生Si的毒化作用。另外尺寸小、数量大的NbB₂纳米颗粒可以作为α-Al异质形核的衬底，促进α-Al 的异质形核。未形核的纳米颗粒还可以吸附在枝晶生长前端的固液界面形成纳米颗粒层，阻碍溶质原子向固液界面的凝固前沿转移，阻碍枝晶的生长，显著细化铝合金的晶粒。原位内生的NbB₂纳米颗粒在铝合金基体中分散均匀，团聚较少，纳米颗粒通过细晶强化、奥罗万强化、钉扎晶界、热错配强化等强化铝合金，整体材料的屈服强度、抗拉强度、塑性明显地提高。综上，原位内生NbB₂纳米颗粒作为铝合金的一种细化和强化剂，可以用于铝合金的细化和强化，特别是应用于高硅铝合金，对于提高铝合金材料的室温、高温性能，以及抵抗冲击载荷、抗疲劳、抗蠕变等性能有着重要的作用。强化后的铝合金的应用领域进一步扩展，该方法实际应用价值较高，操作简单，少量原位内生NbB₂纳米颗粒的应用即可得到较好的强化效果，为铝合金的薄壁轻量化提供了一种重要的解决思路和途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位内生纳米NbB₂颗粒细化及强化铝合金的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种原位内生纳米NbB₂颗粒细化及强化铝合金的方法，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；