[发明专利]一种纳米级均匀化Al-TiB2中间合金及其制备方法

说明书

一种纳米级均匀化Al‑TiB₂中间合金及其制备方法，属于中间合金技术领域。按要求称量铝粉、钛粉、硼粉、铝锭，Al粉：B粉：Ti粉=（3.5‑5.5）：（2.5‑5.0）：（0.5‑1.5）（mol）铝锭纯度为99.9%；将Ti粉、B粉和Al粉混合均匀置于模具中，压制成块体；将铝锭加热熔化，将熔体升温，压入块体，等待熔体引燃和反应，反应结束后，压入C₂Cl₆精炼，搅拌，扒渣，浇注。本发明利用纯度高的单质粉末作为原料，制备的中间合金中无TiAl₃等脆性相，TiB₂平均颗粒尺寸为400nm，TiB₂颗粒分散相对均匀。

技术领域

本发明属于中间合金技术领域，特别涉及一种纳米级均匀化的Al-TiB₂中间合金制备方法。

背景技术

TiB₂颗粒由于其密度小、热膨胀系数低、模量高且与铝基体有良好的共格关系，使其成为铝基复合材料中广泛应用的增强颗粒。采用内生法制备的TiB₂由于生产条件和技术水平的落后使得TiB₂颗粒尺寸较大，颗粒较少，且分布不均匀。目前工业上通过混合盐反应法大量制备Al-TiB₂中间合金，其典型生产工艺是：在750-850℃向铝熔体中添加K₂TiF₆和KBF₄，通过机械搅拌使其充分反应，制备Al-TiB₂中间合金。利用混合盐反应法制备的Al-TiB₂中间合金组织中，有TiAl₃相存在，长度一般在100μm左右，该相在复合材料中将作为一种脆性相，对复合材料性能不利。组织中的TiB₂粒子多呈聚集团状存在，聚集团内部粒子与粒子粘连在一起，严重影响了材料的性能，同时其制备过程中会产生严重的污染问题。为了制备出颗粒含量高TiB₂尺寸较小、分布均匀的Al-TiB₂中间合金，国内外尝试了各种手段比如，氧化物法，高温自蔓延合成法等，主要存在制备效率不高，反应过程不可控等缺点。本发明采用熔体自蔓延直接合成法成功制备出了无TiAl₃等脆性相，且制备过程环保、TiB₂颗粒尺寸较小，分布均匀的Al-TiB₂中间合金。

发明内容

本发明采用熔体自蔓延直接合成法，利用单质粉末B粉、Ti粉，研制一种制备过程环保、洁净、颗粒尺寸较小且分布均匀的Al-TiB₂中间合金。

为解决上述问题，本专利主要技术方案为：利用熔体自蔓延直接合成法制备工艺，制备一种纳米级均匀化Al-TiB₂中间合金。

一种Al-TiB₂中间合金，包含如下的质量百分比组份，Ti：4.0-7.0%，B：2.5-4.0 %，余量为Al；Ti：B=1：2.3（mol），物相组成包括α-Al、TiB₂。

按要求称量硼粉、铝粉、钛粉、铝锭，Al粉：B粉：Ti粉=（3.5-5.5）：（2.5-5.0）：（0.5-1.5）（mol）铝锭纯度为99.9%；TiB₂平均颗粒尺寸为400nm，TiB₂颗粒分散相对均匀。其颗粒尺寸及含量明显高于传统方法制备的Al-TiB₂中间合金，且制备过程环保。

上述中间合金的制备方法，Ti和B以单质粉末状加入，辅以Al粉，采用熔体自蔓延直接合成法制备，具体包括以下步骤：

(1)原料准备，按要求称量铝粉、钛粉、硼粉、铝锭，要求Al粉：B粉：Ti粉=（3.5-5.5）：（2.5-5.0）：（0.5-1.5）（mol），铝锭纯度99.9%；

(2)将铝粉、钛粉、硼粉混合均匀，将混合均匀的粉末置于模具中，压制成块体；