[发明专利]一种富铁相增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种富铁相增强铝基复合材料及其制备方法，涉及铝基复合材料技术领域。该方法包括：采用B元素对高Fe含量的Al‑Si熔体进行富铁相变质；进行富铁相和共晶硅的破碎处理；进行高温球化处理得到以富铁相为增强相的富铁相增强铝基复合材料；铝基复合材料的设计成分包括：Si：10.0‑13.0％，Fe：2.6％‑5.0％，Mg：0.25‑0.4％，B：0.03‑0.06％，其它杂质元素≤0.30％，其中Mn≤0.05％，Cr≤0.01，余量为Al。该方法结合了富铁相变质、大塑性变形及高温球化原理，可将粗大针片状的富铁相和共晶硅转变成弥散分布、高球形度、高体积分数的超细增强相，可显著提高合金的耐磨性。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料技术领域，具体而言，涉及一种富铁相增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

铝基复合材料是以铝及其合金为基体以陶瓷颗粒、晶须、纤维等为增强体通过一定的方法制备而成的复合材料，具有密度低、比强度高、耐疲劳、耐磨损和导电导热性能好等诸多优点。尤其以颗粒增强的铝基复合材料，有着各向同性、尺寸稳定性高、加工性能好、制备方法多样、成本较低等特点，可以广泛地应用于航空航天、汽车、军工的高端应用领域。

常用的颗粒增强铝基复合材料的制备方法有搅拌铸造法、粉末冶金法、喷射沉积、挤压铸造法、金属浸渗、半固态成型、原位自生等。而根据增强颗粒的来源，又可以分为外加法和原位自生法，外加法包括上述提到的搅拌铸造法、粉末冶金法、喷射沉积、挤压铸造法、金属浸渗、半固态成型等。其中，原位自生法是指在一定条件下，添加物与基体发生化学反应，生成小尺寸、均匀分布的增强相，如：氧化物、碳化物、硼化物、氮化物、硅化物等。与外加法相比，原位内外法最大的优点在于增强相与基体之间的界面结合紧密、干净无污染，制备的复合材料具有较好的热力学稳定性和机械性能，工程应用前景广阔。

Fe是再生铝中最为有害的杂质元素，且基本不溶于铝固体，原位生成的富铁相具有高硬度、高热稳定性等特点，具有作为铝基复合材料增强相的潜质。但由于富铁相通常呈粗大的针片状，对基体产生强烈的割裂作用，损害合金的强韧性。因此，如何将针片状富铁相转变成小尺寸、高球形度且均匀分布的富铁相是制备以富铁相为增强相铝基复合材料的关键。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富铁相增强铝基复合材料及其制备方法，该方法结合了富铁相变质、大塑性变形及高温球化原理，可以有效地将粗大针片状的富铁相和共晶硅转变成弥散分布、高球形度、高体积分数的超细增强相，从而可显著提高合金的耐磨性能。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种富铁相增强铝基复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

采用B元素对高Fe含量的Al-Si熔体进行富铁相变质；

进行富铁相和共晶硅的破碎处理；

进行高温球化处理得到以富铁相为增强相的富铁相增强铝基复合材料；

其中，富铁相增强铝基复合材料的设计成分包括按照质量百分比计的Si：10.0-13.0％，Fe：2.6％-5.0％，Mg：0.25-0.4％，B：0.03-0.06％，其它杂质元素≤0.30％，其中Mn≤0.05％，Cr≤0.01，余量为Al。

在可选的实施方式中，在富铁相增强铝基复合材料进行富铁相变质的步骤前，还包括：

将铝料升温至高温状态后使其完全熔化得到原始熔体；

将原始熔体中的Si元素、Fe元素、Mg元素以及杂质元素中的Mn元素和Cr元素的实测成分调整至富铁相增强铝基复合材料的设计成分后进行降温处理后得到高Fe含量的Al-Si熔体。

在可选的实施方式中，高温状态的温度为800-850℃，降温处理是将温度降至750-800℃。