[發明專利]高強超細（TixBy?TiC）/7075Al復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610171287.3
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN105728734B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 白亞平;李建平;郭永春;楊忠;田佳
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;C22C1/05;C22C21/00;C22C29/00;C22C32/00
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司61114
• 代理人: 黃秦芳

技術領域

本發明涉及一種復合材料，具體涉及一種高強超細（Ti_xB_y-TiC）/7075Al復合材料及其制備方法。

背景技術

Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金為代表的7xxx系鋁合金具有高的比強度，良好的加工性能，較高的韌性和耐腐蝕性等優點，被廣泛應用于航空、軍用與民用工業等領域。然而隨著現代汽車工業、電子技術、建筑等行業的發展，特別是航空航天、武器裝備、新能源等尖端行業的飛速發展，傳統的結構材料已經不能滿足其性能需求，但由兩種或兩種以上不同性質的材料所組成的復合材料因具有顯著優于單一材料的性能而成為材料技術的一個重要發展方向。

從拓展Al-Zn-Mg-Cu系合金應用領域的角度出發，在活塞發動機等零部件應用工況下，其運行中在高溫（工作溫度頂部高達約430℃）、高壓（3~5MPa）及腐蝕工況（含SO₂、SO₃、NO_x等）下承受反復交變載荷，且在氣缸中往復運動速度很高（10~14m/s），導致其承受包括腐蝕、摩擦和磨損等破壞。油膜的破壞、局部溫度過高（如爆發面處）均會導致活塞產生粘著磨損，甚至發生拉缸現象。因此在該嚴酷工況下，發揮7075Al合金較高的韌性和優良的可加工性，將其應用于發動機活塞等寬溫域復雜氣氛耐磨材料領域，有望為7075Al合金的工業化應用開拓一扇希望之窗。

Ti_xB_y、TiC增強相因具有高硬度、高熔點、良好的耐磨耐蝕性及熱穩定性等優點，且與鋁基體有良好的界面物理化學相容性等特征，因此Ti_xB_y、TiC增強鋁基復合材料在汽車發動機活塞、制動盤等高溫耐磨件領域具有顯著的應用價值。顆粒增強鋁基復合材料的性能主要由增強相的尺寸、體積分數、分布以及增強相與基體相的界面結合等決定的。但是，傳統的外來添加法因存在顆粒表面有污染、彌散性差、添加量受限、界面結合差且易生成脆弱性副產物而嚴重影響復合材料的綜合力學性能，而Khodaei等人研究工作表明，原位自生法則因增強相是從金屬基體中原位生成的而具有熱穩定性好、增強體表面潔凈無污染且與基體界面相容性好以及界面結合強度高、晶粒分布均勻等優點，成為鋁基復合材料研究中的一個重要方向。蘭曄峰等利用TiO₂和B₂O₃與ZL102鋁合金通過熔體反應法制備出（TiB₂+Al₂O₃）雙相增強鋁基復合材料，力學性能測試結果表明利用Al-TiO₂-B₂O₃體系原位制備的顆粒增強的鋁基復合材料的硬度較ZL102鋁合金提高了37.3%。

機械合金化（Mechanical Alloying，簡稱MA）作為一項固態非平衡加工技術，不僅可以使粉末混合均勻，形成超細粉末顆粒，與此同時，粒度的減小誘發粉末原子間相互擴散或產生固態反應從而完成合金化過程。自蔓延高溫合成（Self Propagating High Temperature Synthesis，簡稱SHS）主要利用外部提供的能量來誘發強烈的放熱反應，所釋放出的強大能量會使反應以燃燒波的形式自動蔓延下去，從而得到所需材料，但這一過程需要滿足一定的熱力學條件，通常以絕熱溫度（Adiabatic Temperature，簡稱T_ad）的大小來作為評價標準。Schaffer等通過試驗證明，采用MA誘發SHS，只需T_ad大于1300K。而熱壓燒結技術（Hot Pressed Sintering，簡稱HP）是近年來發展起來的一種晶粒細小、高致密度、良好機械和電學性能產品的制備方法，且通過降低燒結溫度和保溫時間可保持預合金粉末的超細結構。因此，可用來制備高強超細(Ti_xB_y-TiC)/7075Al復合材料。而傳統的加工工藝，如鑄造，難以得到高致密超細晶塊體材料；而采用MA-SHS-HP制備方法較傳統增強相顆粒添加法制備的(Ti_xB_y-TiC)/7075Al中，當Ti_xB_y-TiC含量大于50%后，其仍保持良好的界面結合強度。

發明內容