[发明专利]一种含纳米Ti2

说明书

本发明提供一种含纳米Ti₂AlN粒子的铝基合金及其制备方法，含纳米Ti₂AlN粒子的铝基合金包括：纳米级Ti₂AlN粒子相和Al基体，其中，纳米级Ti₂AlN粒子相呈弥散状分布于Al基体中，Ti₂AlN粒子能同时起细化铝晶粒和强化铝基体的作用。本发明制备方法采用熔体反应原位自生纳米级Ti₂AlN粒子，使反应可以在较低温度下进行，并且解决了反应物易被氧化的问题，纳米级Ti2AlN粒子可以同时起到细化铝晶粒和强化铝基体的作用，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及金属材料领域，具体地，涉及一种含纳米Ti₂AlN粒子的铝基合金及其制备方法。

背景技术

铝及其合金铸态晶粒细化一直是凝固领域的热点问题之一。目前，工艺最为简单方便、效果最为优异的铸态晶粒细化方法是向熔体中添加Al－Ti－B系及Al－Ti－C系晶粒细化剂，利用硼化物或碳化物粒子，促进α-Al异质形核，实现晶粒细化。但利用Al －Ti－B晶粒细化剂对含Zr、Cr等元素的铝合金进行晶粒细化时，存在细化“中毒”现象，细化效果明显衰减；Al－Ti－C晶粒细化剂虽然没有上述问题，但TiC粒子在铝熔体中稳定性差，容易与铝发生反应生成Al₄C₃，存在“自身中毒”现象；而且，从晶格匹配角度来看，TiB₂、TiC与α-Al间的晶格错配度都大于6％，极限形核能力和形核效率也受到限制。Al－Ti－B系及Al－Ti－C系晶粒细化剂的这些问题长期以来一直困扰着铝加工行业，该领域研究者从未停止对α-Al异质形核新型质点的寻找。

Ti₂AlN为一种三元层状MAX相，不仅具有高熔点、高热稳定性和抗氧化性等陶瓷材料的特点，还具有优良的韧性和可加工性，能像金属一样进行加工。Ti₂AlN空间群为 P6₃/mmc，Ti、Al原子层按照“Ti-Al-Ti-Ti-Al-Ti”排列，N原子填充在Ti原子八面体中心位置，其晶格常数为[参考文献：T.Cabioc’h et al.Journal of theEuropean Ceramic Society,2012,32:P.1803.]。Ti₂AlN具有六方晶体结构，其自然外露表面，与α-Al生长晶面相比，具有相同原子排布规律，晶格错配度约为4％。从晶格匹配角度来看，Ti₂AlN对α-Al的异质形核能力要优于TiB₂和TiC；而且，Ti₂AlN自然外露表面的原子种类Ti、N、Al都有利于Al原子的外延生长。因此，Ti₂AlN是有可能成为α-Al异质形核的新型质点和铝基体的新型强化相，但目前尚未有这方面的研究。

经检索发现，申请号为CN201910862531.4的中国专利，公开了一种原位合成钛铝氮和氮化钛强化氧化铝陶瓷力学性能的制备方法，具体包括：按照一定比例将Al₂O₃粉、 Ti粉与AlN粉加入球磨罐中，使用水或酒精作为球磨介质，球磨混合一定时间后取出并烘干，经过过筛、造粒后使用一定压力的冷压成型和冷等静压。将压制好的胚体置于无压烧结炉中，使用真空烧结或惰性气氛保护烧结手段，通过一定的升温速率使得胚体达到一定温度后保温。在烧结过程中Ti粉与AlN发生反应，原位生成Ti₂AlN与TiN，对Al₂O₃陶瓷基体起到增强增韧以及提高摩擦性能的作用。