[發(fā)明專利]一種原位Al3Ti金屬間化合物顆粒增強鋁基復合材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104313384B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設計）人: 閆洪;熊俊杰;陳小會
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/02;C22C21/00;C22C32/00
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發(fā)明涉及一種在超聲輔助下制備原位Al₃Ti顆粒增強鋁基復合材料的方法。

背景技術

原位生成法是目前制備顆粒增強金屬基復合材料的主要方法，它是在一定條件下，通過元素之間或元素與化合物之間的化學反應，在金屬基內原位生成一種或幾種高硬度、高彈性模量的陶瓷或金屬間化合物作為增強相，從而達到強化基體金屬的目的。原位合成法因增強相尺寸小、熱穩(wěn)定性好、與基體潤濕性好、界面結合牢固等優(yōu)點已成為鋁基復合材料中的一個重要發(fā)展方向。Al₃Ti是一種非常理想的原位增強顆粒，具有密度低、熔點高、彈性模量高、高溫抗氧化性能好、熱膨脹系數與基體合金的差別小等優(yōu)點。但如果用傳統(tǒng)的機械攪拌方法制備復合材料時，組織及性能均不夠理想，而在金屬基復合材料制備過程中施加高能超聲能顯著改善增強顆粒與基體的潤濕性,細化組織，提高材料的性能，并對基體組織還有除氣、除渣作用，且設備簡單,污染少。因此，將高能超聲處理與傳統(tǒng)的鑄造成形工藝相結合已受到諸多研究者的關注。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種原位合成Al₃Ti顆粒增強鋁基復合材料的方法。

本發(fā)明所述的制備工藝為：首先將氟鈦酸鉀粉末在250～300℃下烘烤2～3h；將鋁硅合金放入石墨坩堝內加熱至760～800℃，保溫10～15min; 將預熱過的超聲變幅桿浸入到熔體中，在超聲功率及頻率分別為600～700W，20kHz的條件下, 超聲3～5min，超聲的同時以0.4～1.4g/s的加入速度將烘烤后的氟鈦酸鉀粉末按占鋁硅合金的質量數2～10 wt.% 加入到鋁硅合金熔體中；將熔體降溫至710～720℃，以700～800W的功率，繼續(xù)對熔體超聲1～2min,精煉除渣后澆入到金屬模中，待冷卻取樣。

本發(fā)明得到的鋁基復合材料組織結構有顯著的改善：晶粒變小，硅相由原來的長條狀、短棒狀及顆粒狀變成細小的纖維狀，生成的Al₃Ti增強相呈細小塊狀、顆粒狀，分布較彌散。這較大程度地提高了鑄件的力學性能。此工藝成本低，操作簡便，安全可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施實例2條件下制備的原位Al₃Ti顆粒增強鋁基復合材料的光學顯微組織形貌。

具體實施方式

本發(fā)明將通過以下實施實例作進一步說明。

本實施實例中所述的原位合成制備鋁基復合材料，是通過外加超聲輔助與原位反應相結合制備的，對熔體在不同溫度和時間段施加了不同參數的超聲。

實施實例1。

首先將氟鈦酸鉀粉末在250℃下烘烤3h；將鋁硅合金放入石墨坩堝內加熱至760℃，保溫10min; 將預熱過的超聲變幅桿浸入到熔體中，在超聲功率及頻率分別為600W，20kHz的條件下, 超聲3min，超聲的同時以1.4g/s的加入速度將烘烤后的氟鈦酸鉀粉末按占鋁硅合金的質量數4wt.% 加入到鋁硅合金熔體中；將熔體降溫至710℃，以750W的功率，繼續(xù)對熔體超聲1min,精煉除渣后澆入到金屬模中，待冷卻取樣。

實施實例2。

首先將氟鈦酸鉀粉末在300℃下烘烤2h；將鋁硅合金放入石墨坩堝內加熱至780℃，保溫15min; 將預熱過的超聲變幅桿浸入到熔體中，在超聲功率及頻率分別為700W，20kHz的條件下, 超聲4min，超聲的同時以0.4g/s的加入速度將烘烤后的氟鈦酸鉀粉末按占鋁硅合金的質量數10 wt.% 加入到鋁硅合金熔體中；將熔體降溫至720℃，以800W的功率，繼續(xù)對熔體超聲2min,精煉除渣后澆入到金屬模中，待冷卻取樣。

實施實例3。

首先將氟鈦酸鉀粉末在250℃下烘烤2h；將鋁硅合金放入石墨坩堝內加熱至780℃，保溫10min; 將預熱過的超聲變幅桿浸入到熔體中，在超聲功率及頻率分別為600W，20kHz的條件下, 超聲3min，超聲的同時以0.4g/s的加入速度將烘烤后的氟鈦酸鉀粉末按占鋁硅合金的質量數2wt.% 加入到鋁硅合金熔體中；將熔體降溫至710℃，以700W的功率，繼續(xù)對熔體超聲1min,精煉除渣后澆入到金屬模中，待冷卻取樣。

實施實例4.