[发明专利]一种外围包覆纯铝层的B4

说明书

本发明为一种外围包覆纯铝层的B₄C增强铝基棒材及其制备方法，该棒材中心部分为B₄C增强铝基复合材料，其中含有5～15wt.％均匀分布的纳米级B₄C颗粒，尺寸为30nm～80nm，外围包覆纯铝。该制备方法为：首先将B₄C颗粒和铝粉均匀混合放入包套中抽真空，在氩气氛围中烧结成棒材，去除表面氧化层，再将此棒材作为砂型铸造的型芯，并将680℃～750℃熔融铝液浇注进去，水冷后使铸件与型芯成为整体，清洁表面后旋锻加工，获得外围包覆纯铝层的B₄C增强铝基棒材。本发明的制备方法工艺简单，周期短，原料利用率高，制备的棒材强度高于普通纯铝或铝合金棒材，且同时保持较高的塑性韧性，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属复合材料领域，特别涉及一种外围包覆纯铝层的B₄C增强铝基棒材及其制备方法。

背景技术

传统的纯铝或铝合金棒材由于其密度低、塑性好、易加工等优点被广泛应用，如1050 铝棒、2024铝棒、4A01铝棒等，但是低强度问题限制了其在许多领域的应用。面对材料的要求日益提高，朝轻质和高强的趋势发展，传统单一的金属材料已经无法满足这种需求，所以复合化是一个材料的重要发展方向，以轻质金属为基体添加强化相是复合化的一个重要方向。

颗粒增强铝基复合材料是铝基复合材料中的一个主要体系，主要通过添加如B₄C、SiC、Al₂O₃、TiC、TiB₂等硬质颗粒，其中B₄C密度为2.51g.cm^-1，比SiC、Al₂O₃、Al₂O₃、 TiC、TiB₂等都低，是密度最小的常用陶瓷材料，同时B₄C的硬度非常高，符合轻质化需求。例如，公开号为CN104138921A的中国专利公开了一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法，得到拉伸强度为415MPa，断裂延伸率为2.5％的铝基复合材料棒材。该材料存在以下不足：虽然强度大幅度提高，但是塑性损失过于严重，使其成为脆性材料，这种棒材虽然强度明显高于普通纯铝或铝合金棒材，但是满足不了高塑性韧性的要求，而且制备工序繁琐复杂，制造周期冗长。

发明内容

本发明目的在于克服目前上述现有铝棒材的不足，提供一种外围包覆纯铝层的B₄C 增强铝基棒材及其制备方法。

实现本发明目的通过以下技术方案：

一种外围包覆纯铝层的B₄C增强铝基棒材，该棒材中心部分为B₄C增强铝基复合材料，其中含有5～15wt.％的纳米B₄C颗粒，外围包覆着纯铝；铝环宽度与心部复合材料半径比值约为1:2～1:1。

进一步的，棒材长度范围0.5m～2m，半径范围10mm～30mm。

外围包覆纯铝层的B₄C增强铝基棒材的制备方法，包括以下具体步骤：

准备棒材中心部分的原料B₄C颗粒粉末、铝粉与纯铝；将B₄C粉末和铝粉混合均匀后烧结成B₄C增强铝基棒材；制作圆环柱木模后，将木模和B₄C增强铝基棒材套起来成两端对称，分型面过其轴线，用型砂制作成铸型，将B₄C增强铝基棒材作为型芯放入铸型中，熔融铝液浇注后并水冷；放入旋锻机中旋锻，得到外围包覆纯铝层的B₄C增强铝基棒材。

进一步的，B₄C颗粒粉末纯度≥99.5％和尺寸为30nm～80nm，铝粉纯度≥99.7％和尺寸为50μm～100μm，外围部分原料纯铝为纯度≥99.7％的纯铝。