[發明專利]添加稀土Ce元素降低鋁基復合材料熱裂傾向性的方法

在審

• 申請號: 201910081857.3
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109593994A
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 張曉波;朱鵬;張瀟;馮佰剛;萬雄斌;張全鑫;任軍強;陳東
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C32/00;C22C1/02;C22C1/10;C22C1/06
• 代理公司: 西安合創非凡知識產權代理事務所(普通合伙) 61248
• 代理人: 高志永

本發明公開了一種添加稀土Ce元素降低鋁基復合材料熱裂傾向性的方法。以ZL205A合金為基體材料，首先利用原位自生熔體技術制備微納顆粒TiB₂增強ZL205A復合材料，然后向含有TiB₂顆粒的復合材料熔體中添加0.2%的稀土Ce元素，從而降低鋁基復合材料的熱裂傾向性。本發明可以在不降低其強度和韌性的情況下，降低5TiB₂/ZL205A復合材料的熱裂傾向性，細化了該系列復合材料的晶粒，提高了其材料的性能，提高了材料的使用壽命。

技術領域

本發明涉及高強度、韌性鋁基復合材料熱裂傾向性研究領域，具體涉及一種添加稀土Ce元素降低鋁基復合材料熱裂傾向性的方法。

背景技術

鋁基復合材料具有高強度、高韌性，耐腐蝕性等優良性能。因為鋁基復合材料密度較低，所以質量輕，強度高，適合做受力結構件。因此現階段廣泛的運用在航天、汽車、船舶等領域，如大飛機的機身，飛機起落架等都有用到ZL205A系列的鋁基復合材料。但是在該材料的成型過程中，如鑄造和焊接過程中，當材料凝固時，容易產生熱裂、偏析、氣孔等缺陷。其中熱裂傾向性對材料的性能影響很大，減少材料的使用壽命，有時甚至會導致材料失效從而造成很大的經濟損失和人民財產損失，因此研究如何降低材料的熱裂傾向性很有必要。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種添加稀土Ce元素降低了鋁基復合材料熱裂傾向性的方法，該方法可以細化材料晶粒，提高材料的強度和韌性。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種添加稀土Ce元素降低鋁基復合材料熱裂傾向性的方法，包括以下具體步驟：

S1、利用原位自生熔體技術制備5TiB₂/ZL205A復合材料；

S11、先計算ZL205A合金質量的5%為TiB₂顆粒的質量，根據此方程式，計算出氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀及純鋁的各自質量，將氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀粉末混合均勻，然后放入250℃的保溫爐中保溫兩小時，再將其用鋁箔紙包成若干小包；

6KBF₄+3K₂TiF₆+10Al＝9KAlF₄+K₃AlF₆+3TiB₂

S12、將預先稱量好的ZL205A合金放入預先置于300℃左右的保溫爐中預熱保溫的坩堝內熔煉，待合金完全熔化后，溫度維持在850℃，加入用鋁箔包裝的氟硼酸鉀（KBF₄）和氟鈦酸鉀(K₂TiF₆)，用鐘罩將其壓入合金熔體內，不攪拌，保溫1小時。

S13、待金屬熔體溫度降至750℃時，除去金屬熔體表面已反應的殘鹽和熔渣，具體的方法，采用傾倒法除去殘鹽和熔渣，首先將坩堝傾斜至剛好金屬熔體不流出來，此時表面的一部分殘鹽被倒出，之后用鐵勺沿著坩堝四壁向外瓢出剩余的殘鹽和熔渣；

加入除渣劑，對金屬熔體進行精煉，具體的方法，采用的除渣劑為六氯乙烷，加入除渣劑的量為氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀總質量的10%，分兩次加入，每次加入5%，并每次攪拌30~60秒，然后在750℃時保溫10~20分鐘，最后除渣，按此方法對金屬熔體精煉兩次；

S2、將質量占含TiB₂顆粒的復合材料質量的0.2%的稀土Ce元素和根據總的化學反應方程式計算并稱量好的純鋁一起加入到金屬熔體里，將爐內溫度升高至800℃保溫30分鐘左右；待稀土Ce熔化后，需用石墨棒攪拌，攪拌1~2次，每次需攪拌金屬熔體30~60秒，攪拌時間間隔為10~20分鐘，然后在750℃時保溫30分鐘；待金屬熔體溫度降到740℃時出爐，再次攪拌10~30秒后，除去表面熔渣和氧化皮，當金屬熔體溫度降到大于澆鑄溫度10℃左右時，采用預先置于250℃的保溫爐中預熱保溫的模具內進行澆注。