[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)韌高中子吸收鋁基復(fù)合材料的制備方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010060933.5
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111118329B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 怯喜周;武林;彭艷杰;黃爍銘;陳銳崐;許曉靜;陳剛;趙玉濤
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/03;C22C21/00;C22C32/00
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1.一種高強(qiáng)韌高中子吸收鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，通過徑向磁場產(chǎn)生的熔體液面中心虹吸通道，將微米B₄C外加陶瓷增強(qiáng)體與含B、Cd、Hf、Ti、Zr元素的中間合金或化合物引入熔體內(nèi)部，同時借助位于虹吸通道液面下方的高能超聲場產(chǎn)生的空化與聲流帶來的高溫、高壓，實(shí)現(xiàn)微米B₄C浸潤和分散，并促進(jìn)含B、Cd、Hf、Ti、Zr元素的中間合金或化合物生成原位納米增強(qiáng)體并均勻分散，制備外加微米增強(qiáng)體與原位納米增強(qiáng)體跨尺度混雜增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，所述的微米B₄C外加陶瓷增強(qiáng)體的微米B₄C粉末是指B₄C含量為98.8wt％以上，顆粒平均尺寸10～300μm的微米B₄C顆粒，B₄C顆粒占鋁基復(fù)合材料的體積分?jǐn)?shù)為5～30vol％；所述的含B、Cd、Hf、Ti、Zr元素的原位納米增強(qiáng)體是由引入的不同中間合金或反應(yīng)物在熔體中原位反應(yīng)生成的ZrB₂，TiB₂，CdB，HfB₂中的一至多種，原位納米增強(qiáng)體顆粒尺寸為2～100nm，原位納米增強(qiáng)體顆粒占鋁基復(fù)合材料的體積分?jǐn)?shù)為0.2～25vol％；具體步驟如下：

(1)首先將基體鋁合金放入一體化復(fù)合制備裝置的坩堝中熔化至850～950℃；

(2)開啟一體化復(fù)合制備裝置的徑向磁場裝置與超聲裝置，通過加料管加入按比例混合的含B、Cd、Hf、Ti、Zr元素或其化合物，生成原位納米增強(qiáng)體，反應(yīng)時間為20～30min；

(3)然后將熔體溫度降至780～800℃，通過加料裝置加入微米B₄C顆粒，利用強(qiáng)力的徑向磁場與超聲場的作用，促進(jìn)B₄C顆粒在復(fù)合熔體中的浸潤、分散，攪拌時間10～30min，最后冷卻至720～750℃澆注成型。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用電磁感應(yīng)加熱裝置對鋁合金進(jìn)行加熱，利用徑向磁場裝置和超聲裝置促進(jìn)原位納米顆粒合成與B₄C顆粒的浸潤和分散。

3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的通過徑向磁場產(chǎn)生的熔體液面中心虹吸通道是指利用徑向磁場使熔體內(nèi)部產(chǎn)生流動產(chǎn)生的；其中，徑向磁場為功率80～160kW，電流為10～100A的磁場，產(chǎn)生的虹吸通道深5～15cm。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高能超聲場是位于復(fù)合裝置底部的超聲裝置產(chǎn)生的，超聲功率為5～20kW，變幅桿長10cm，變幅桿頂端和虹吸通道底部距離為8～15cm；所述的變幅桿采用耐高溫、耐腐蝕的鈮合金制作。

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中的基體鋁合金根據(jù)導(dǎo)熱、導(dǎo)電、高強(qiáng)、低膨脹、耐磨用途不同，選擇2系、5系、6系、7系不同的鋁基體；所述的步驟(2)中，加料管通過機(jī)械裝置控制加料速度，其加料速度為5～50g/min。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟(1)中的熔化至850-950℃是根據(jù)具體的反應(yīng)體系做調(diào)整，原位反應(yīng)是為了在熔體中引入納米增強(qiáng)體顆粒形成元素化合物，反應(yīng)時間為20～30min，反應(yīng)過程中應(yīng)伴有徑向循環(huán)攪拌，最終在熔體中原位合成納米增強(qiáng)體；生成納米增強(qiáng)體顆粒的中間合金或元素化合物為：Al-Zr，Al-Ti，Al-B，Al-Cd，Al-Hf，K₂ZrF₆，K₂TiF₆，KBF₄，Na₂B₄O₇，ZrO₂，B₂O₃中的一至多種；所述的坩堝采用表面鈍化處理的耐熱模具鋼。