[發(fā)明專利]一種電流與磁場復(fù)合作用下合成顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110037708.0
• 申請日: 2011-02-15
• 公開（公告）號: CN102140599A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宏明;李桂榮;趙玉濤;張勛寅;張廷旺
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種在電流與磁場復(fù)合作用下熔體直接反應(yīng)合成制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料因具有復(fù)合的結(jié)構(gòu)特征和良好的理化及機(jī)械性能，逐漸成為一種應(yīng)用越來越廣泛的新型材料；顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法較成熟的主要有兩種：外加增強(qiáng)顆粒法和原位反應(yīng)生成法。

目前，熔體反應(yīng)合成法是制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的重要方法，該方法是通過向熔體內(nèi)加入反應(yīng)物（以鹽或氧化物為主），通過反應(yīng)物與鋁基體間的原位化學(xué)反應(yīng)形成增強(qiáng)顆粒相；該方法制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)是顆粒相與基體界面不受污染、相界面潤濕性好、相結(jié)合力強(qiáng)且工藝過程相對簡單等，因此日益受到國內(nèi)外研究的重視。

熔體反應(yīng)合成法制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料存在的主要問題是反應(yīng)過程難控制，表現(xiàn)在反應(yīng)速度和效率難以提高，生成的顆粒增強(qiáng)相易團(tuán)聚長大，嚴(yán)重影響材料的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用；利用外場作用可以改善原位合成反應(yīng)的熱力學(xué)與動力學(xué)條件，起到促進(jìn)原位反應(yīng)進(jìn)行的作用，同時(shí)，外場作用可以控制顆粒相的過分長大或偏聚團(tuán)簇現(xiàn)象，因此，在外場下原位合成鋁基復(fù)合材料越來越受到研究者的重視。

現(xiàn)有技術(shù)中，提出了采用電磁場、超聲場及其組合外場下制備顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料；這些現(xiàn)有技術(shù)主要包括：中國專利：CN?1676641A（公開日：2005.10.5，發(fā)明名稱：制備金屬基納米復(fù)合材料的磁化學(xué)反應(yīng)原位合成方法）提出在磁場（穩(wěn)恒磁場、交變磁場和脈沖磁場）下進(jìn)行原位磁化學(xué)反應(yīng)合成；中國專利：CN?1958816（公開日：2007.05.09，發(fā)明名稱：功率超聲法制備內(nèi)生顆粒增強(qiáng)鋁基表面復(fù)合材料工藝）提出利用功率超聲制備內(nèi)生顆粒增強(qiáng)(Al₃Ti相)鋁基表面復(fù)合材料，使增強(qiáng)相在基體的表層分布均勻，界面結(jié)合更好；中國專利：CN?101391290A，一種磁場與超聲場耦合作用下制備金屬基復(fù)合材料的方法，提出在原位反應(yīng)過程施加磁場與超聲的耦合場；中國專利?CN101391291A提出一種組合電磁場下原位合成金屬基復(fù)合材料的方法，對熔體的原位反應(yīng)合成過程施加由旋轉(zhuǎn)磁場和行波磁場組合的磁場。

從現(xiàn)有技術(shù)報(bào)道及生產(chǎn)實(shí)踐可知，熔體反應(yīng)合成制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的過程中施加電磁場、超聲場及其形成耦合外場，具有較好的顆粒細(xì)化和分散效果；從熔體直接反應(yīng)合成原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的反應(yīng)特點(diǎn)可知：反應(yīng)鹽與金屬熔體之間的反應(yīng)實(shí)質(zhì)是帶電離子顆粒與金屬熔體之間的反應(yīng)，其中帶電離子顆粒的行為對原位反應(yīng)的速率、產(chǎn)率以及顆粒的析出、長大和分布等行為有決定性的影響，因此，原位反應(yīng)合成過程中在熔體內(nèi)直接通入電流并對熔體施加磁場，利用電流與磁場交互作用形成的電磁振蕩效應(yīng)直接作用于參與熔體反應(yīng)合成的熔體、帶電粒子（反應(yīng)鹽）及顆粒相，對控制原位反應(yīng)的速率、產(chǎn)率以及顆粒的析出、長大和分布是一種非常有前景的方法，有望解決目前熔體直接反應(yīng)合成制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料存在的反應(yīng)過程難控制、反應(yīng)速度和效率難以提高、生成的顆粒相形貌和分布難以控制等關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種在電流與磁場復(fù)合作用下合成顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的新方法，解決目前熔體反應(yīng)合成法制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料存在的反應(yīng)速度和效率難以提高，生成的顆粒增強(qiáng)相易團(tuán)聚長大等關(guān)鍵問題，實(shí)現(xiàn)高性能顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的工業(yè)規(guī)模制備和應(yīng)用。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的方法是：在熔體直接反應(yīng)法制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的反應(yīng)合成過程中在熔體內(nèi)通入電流并同時(shí)對熔體施加磁場，可以采用交流電流與靜磁場組合，也可以采用直流電流與交變磁場組合；利用電流與磁場之間的交互作用在熔體內(nèi)產(chǎn)生的電磁振蕩效應(yīng)，電磁振蕩效應(yīng)在熔體內(nèi)產(chǎn)生能量起伏和運(yùn)動動量起伏，改善原位合成反應(yīng)的熱力學(xué)和動力學(xué)條件，提高反應(yīng)速率和產(chǎn)率，特別是促進(jìn)原位反應(yīng)中離子遷移和顆粒形核，控制顆粒的形貌、尺寸及改善顆粒的分散性，最終實(shí)現(xiàn)控制熔體反應(yīng)進(jìn)行及控制顆粒尺寸和行為的目的。

以下結(jié)合本發(fā)明的示意圖(見圖1)，說明實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體方案如下：

一種在電流與磁場復(fù)合作用下合成顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法，主要包括以下步驟：

a）在保溫耐火材料制成的反應(yīng)合成容器1內(nèi)將基體金屬鋁或鋁合金熔煉、精煉拔渣后調(diào)整到反應(yīng)起始溫度，加入能與鋁熔體原位反應(yīng)生成增強(qiáng)顆粒相的反應(yīng)物，并攪拌均勻；