[發明專利]一種基于多相混雜尺度陶瓷顆粒的鋁硅合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201811607769.4
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109439973B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 邱豐;李強;董柏欣;姜啟川
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C1/10;C22C1/03;C22C1/06
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 姜美洋

本發明公開了一種多相混雜尺度陶瓷顆粒的鋁硅合金，所述基于多相混雜尺度陶瓷顆粒的鋁硅合金由以下組分組成：鋁硅合金以及含有多相混雜尺度TiCN?AlN?TiB₂陶瓷顆粒的陶鋁復合材料；其中，鋁硅合金為亞共晶AlSi₁₀Mg_2.6合金；多相混雜尺度TiCN?AlN?TiB₂陶瓷顆粒的陶鋁復合材料的質量分數為20～40wt.％，添加量為AlSi₁₀Mg_2.6合金添加量的0.25～1.0wt.％，使陶瓷顆粒的實際加入量為0.1～0.3wt.％。通過原位內生反應制備出含納米/亞微米/微米混雜尺度多相TiCN?AlN?TiB₂陶瓷顆粒鋁合金微觀組織調控劑。該鋁合金微觀組織調控劑可以有效細化鋁硅合金的凝固組織，并且可以同時細化α?Al枝晶以及共晶硅和析出相，且陶瓷顆粒穩定存在，與鋁熔體界面結合良好。本發明還提供一種基于多相混雜尺度陶瓷顆粒的鋁硅合金的制備方法。

技術領域

本發明涉及一種基于多相混雜尺度陶瓷顆粒的鋁硅合金及其制備方法，屬于復合材料制備領域。

背景技術

目前，通過調控鋁合金的凝固組織來進一步獲得所需的性能成為合金制備的關鍵。常用的鋁合金的細化劑有Al-5Ti-B、Al-Ti-C、Al-Ti等，其中其主要細化作用的主要為Al₃Ti。而Al₃Ti作為一種脆性中間相，其含量較多時會影響鋁合金的綜合性能。另外，通常所用于調控凝固組織的陶瓷顆粒如TiC，由于化學計量的TiC通常很難獲得，因此其高溫下的穩定性較差，而當其應用于鋁硅合金時，TiC顆粒的不穩定導致其易在鋁熔體界面處發生鈦硅毒化現象，降低顆粒與基體之間的連接強度。而TiCN，增加的氮穩定了TiC的結構，因此TiCN在作為組織調控劑引入到鋁硅合金時有明顯的優點：TiCN熱穩定性和化學穩定性較高，避免了增強相和基體間有害的界面反應，與ɑ-Al界面之間錯配度較低，與鋁界面結合良好。同時，工業中常用的Al-5Ti-B細化劑，因其中含有的TiB₂顆粒尺寸較大(遠大于1μm)，只能發揮異質形核的作用，而對于共晶硅和析出相的影響效果甚微，因此發明出一種可以同時細化ɑ-Al、共晶硅及析出相的組織調控劑具有重要的發展前景。

對于不同尺寸的陶瓷顆粒，其細化基體的機制往往不同。微米尺寸的陶瓷顆粒形核效率較高，即可以達到微量高效的效果。而納米尺寸的顆?？梢晕皆诠桃航缑媲把兀璧K熔質原子的轉移，從而阻礙ɑ-Al枝晶的長大。因此，當金屬基體中同時引入微米和納米尺度陶瓷顆粒時，不同尺度顆粒間產生協同作用，可制備出分散良好、具有超強韌的合金。另外，通過多相顆粒的引入，由于不同陶瓷顆粒的尺寸不同，因此，其在α-Al熔體中所暴露的晶面不同。陶瓷顆粒和熔體界面處的界面能、界面結構以及所暴露的晶面與α-Al熔體的錯配度等因素與陶瓷顆粒的尺寸、形貌有著重要聯系。

發明內容

本發明設計開發了一種基于多相混雜尺度陶瓷顆粒的鋁硅合金，通過含有多相混雜尺度的陶瓷顆粒的陶鋁復合材料作為鋁硅合金的組織調控劑，并對其質量含量做出調節，能夠有效地對鋁硅合金的晶粒尺寸得到細化，并提高其韌性。

本發明還提供了一種基于多相混雜尺度陶瓷顆粒的鋁硅合金的制備方法，以原位內生反應制備出含有多相混雜尺度陶瓷顆粒的陶鋁復合材料作為鋁硅合金的組織調控劑，實現對鋁硅合金微觀組織的細化和強韌化。

本發明提供的技術方案為：

一種基于多相多尺度混雜尺度陶瓷顆粒的鋁硅合金，由以下組分組成：

鋁硅合金以及含有多相混雜尺度TiCN-AlN-TiB₂陶瓷顆粒的陶鋁復合材料；

其中，鋁硅合金為亞共晶AlSi₁₀Mg_2.6合金；