[发明专利]一种熔体反应法制备的纳米TiC颗粒增强铝基复合材料及方法

说明书

本发明公开了一种熔体反应法制备的纳米TiC颗粒增强铝基复合材料及方法，首先将K₂TiF₆粉与石墨粉按照1:(1～1.5)的摩尔比混合，然后研磨得到混合粉料；然后将混合粉料加入到温度为800‑900℃的Al熔体内，并用超声分散搅拌处理，而后进行反应得到混合熔体；最后将混合熔体进行超声搅拌处理，而后浇注，即得到纳米TiC陶瓷颗粒增强铝基复合材料。本发明能够通过简单制备工艺获得纳米TiC颗粒增强铝基复合材料。

技术领域

本发明属于先进铝基复合材料制备领域，具体涉及一种超声辅助熔体反应法制备原位纳米TiC颗粒增强铝基复合材料的方法。

背景技术

将纳米陶瓷颗粒引入纯铝或铝合金熔体内后经凝固可制备纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料，可显著提高铝(合金)的比强度、比模量及高温抗蠕变性能，使其在航空航天、汽车制造、电子器件、体育器材等领域具有十分广阔的应用前景。通过原位反应法在铝熔体内可获得原位内生陶瓷颗粒，其与基体具有良好的界面结合性和化学相容性，可保证铝基复合材料具备优异的综合性能。此外，原位反应法具有工艺简单、成本低廉、适合规模化生产等突出优点，在颗粒增强铝基复合材料制备领域备受瞩目。然而，在铝熔体内原位内生纳米尺度陶瓷颗粒具有较大难度。目前，原位内生陶瓷粒径多为亚微米、微米粒径。以原位内生TiC颗粒为例，已有文献(CN102260814B)中采用Ti粉、Al粉、碳纳米管为原料，经过混料、压坯、燃烧合成等工艺制备得到纳米TiC颗粒增强铝基复合材料，该方法依靠固固反应，工艺较为复杂且不能应用到铸造领域。文献(CN104532068B)中采用Al粉、钛粉、石墨粉、NaCl为原料，将其压制体投入铝熔体内获得原位内生TiC颗粒，其粒径为0.1-1μm。可见，在铝熔体内获得纳米粒径原位内生TiC陶瓷颗粒具有较大难度。进一步探索在铝熔体内合成原位纳米陶瓷颗粒对于制备高性能纳米颗粒增强铝基复合材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔体反应法制备的纳米TiC颗粒增强铝基复合材料及方法，以克服现有技术存在的问题。本发明能够通过简单制备工艺获得纳米TiC颗粒增强铝基复合材料。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种熔体反应法制备纳米TiC颗粒增强铝基复合材料的方法，包括以下步骤：

步骤1：将K₂TiF₆粉与石墨粉按照1:(1～1.5)的摩尔比混合，然后研磨得到混合粉料；

步骤2：将混合粉料加入到温度为800-900℃的Al熔体内，并用超声分散搅拌处理，而后进行反应得到混合熔体；

步骤3：将混合熔体进行超声搅拌处理，而后浇注，即得到纳米TiC陶瓷颗粒增强铝基复合材料。

进一步地，步骤1中K₂TiF₆粉和石墨粉的纯度均大于99％，粒度均小于100μm。

进一步地，步骤2中超声搅拌处理具体为：将材质为Nb-Zr合金的超声振幅杆浸入Al熔体内，超声功率为0.5-1.5kW，时间为5-10min。

进一步地，步骤2中用超声分散搅拌处理后，再持续反应20-50min得到混合熔体。

进一步地，步骤3中超声搅拌处理具体为：将材质为Nb-Zr合金的超声振幅杆浸入混合熔体内，超声功率为0.5-1.5kW，时间为5min。

进一步地，步骤3得到的纳米TiC陶瓷颗粒增强铝基复合材料中TiC质量分数≤10％。

一种熔体反应法制备的纳米TiC颗粒增强铝基复合材料，采用上述的一种熔体反应法制备纳米TiC颗粒增强铝基复合材料的方法制得。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：