[發明專利]一種Al?Mg2Si基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710400514.X
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN106995894A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 李沖;孫宜琳;劉永長;余黎明;李會軍
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C22C21/08
• 分類號: C22C21/08;C22C32/00;C22C1/03;C22C1/06;C22C1/10
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙)11504
• 代理人: 宋林清

技術領域：

本發明屬于金屬材料領域，具體涉及一種Al₃CuNi和Al₇Cu₄Ni復合增強Al-Mg₂Si基復合材料及其制備方法。

背景技術：

由于Mg₂Si具有低密度、高熔點、高硬度、高彈性模量等優點，其可作為鋁基復合材料的增強體，從而起到第二相顆粒增強的作用。與外加陶瓷顆粒SiC、TiC、TiB₂、Al₂O₃等復合材料相比，Mg₂Si增強鋁基復合材料由于其增強相Mg₂Si是在凝固過程中原位生成，故與基體相容性好、界面干凈、結合牢固、熱穩定性好，且增強體分布更為均勻，制造工藝相對簡單，成本低廉，復合材料的切削加工性和成形性也遠優于陶瓷顆粒增強的鋁基復合材料。因此，Al-Mg₂Si復合材料在汽車等領域有著巨大的市場潛力和廣泛的應用前景，但缺點是高溫性能還有待提高。

異相強化是一種對鋁合金及其復合材料最有效的高溫強化機制。異相強化主要靠各種金屬間化合相,而沿晶界分布的耐熱金屬間化合物對高溫強度的貢獻最大。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種Al₃CuNi和Al₇Cu₄Ni復合增強Al-Mg₂Si基復合材料及其制備方法，在不降低Al-Mg₂Si基復合材料室溫強度的同時，引入形狀復雜且熱穩定好的強化相(Al₃CuNi和Al₇Cu₄Ni相)，提高材料的高溫強度。該制備方法生產成本低、工藝簡便、適合工業化生產。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種Al-Mg₂Si基復合材料，其特征在于，所述Al-Mg₂Si基復合材料由基體和增強相組成，基體為Al，增強相為Mg₂Si、Al₃CuNi和Al₇Cu₄Ni，其中Al₃CuNi相由銅和鎳溶解后與鋁共同反應生成，Al₇Cu₄Ni相由部分Al₃CuNi通過包晶反應轉變而成，具體元素組成為：

所述Al₃CuNi相呈條帶狀，Al₇Cu₄Ni相呈魚骨狀。

一種Al-Mg₂Si基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)首先按以下質量百分比準備所需原料：47.5-77.5％的純鋁、9.5％的純鎂、5.5％的純硅、5％-22.5％ 鋁-銅中間合金、2.5％-15％鋁-鎳中間合金，按照Cu:Ni質量百分比為3:1進行配料；

(2)在熔煉爐中將純鋁熔化至750℃-850℃，先加入純硅，待完全熔化后攪拌5-15分鐘，溫度降至600℃--700℃，將純鎂壓入熔體底部保溫10分鐘，加入0.5wt.％的C₂C1₆除氣除渣；

(3)將溫度升高到750℃-850℃，加入鋁-銅中間合金和鋁-鎳中間合金，保溫并攪拌5-30分鐘后澆注成錠。

步驟(3)中鋁-銅中間合金中銅的質量百分比為20％-30％、鋁-鎳中間合金中鎳的質量百分比為10％-20％。

本發明的鋁基復合材料中Mg與Si反應生成Mg₂Si相，在凝固過程中首先析出。鋁-銅中間合金和鋁-鎳中間合金中的銅和鎳溶解后與鋁共同反應先生成Al₃CuNi相，再通過包晶反應部分Al₃CuNi轉變為Al₇Cu₄Ni相，制備過程中無需特殊設備，制備工藝較簡單。在保持復合材料中原有Mg₂Si增強作用的同時，引入耐熱相Al₃CuNi和Al₇Cu₄Ni提高材料的高溫性能，適合大規模生產和應用。

具體實施方式：