[發明專利]一種原位合成雙相顆粒增強鋁基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010213873.6
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111378861B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 祁明凡;李靜媛;康永林;徐玉昭;烏拉別克·朱瑪別克;陳雨來
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C21/00;C22C32/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明屬于鋁基復合材料制備技術領域，涉及一種原位合成雙相顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，該方法具體步驟為：先以鋁/鋁合金粉與石墨粉混勻球磨，再與硼質粒混勻球磨制成預制體；將預制體嵌入攪拌桿下部，并深入鋁/鋁合金熔體內部攪拌旋轉，在離心力和強制對流作用下碳和硼均勻分布于熔體內部，在超聲和攪拌引起的空化、聲流和對流協同作用下原位反應進程加快且原位合成彌散分布的Al₃BC和AlB₂雙相顆粒增強鋁基復合材料。本發明的有益效果是：工藝簡便，原位合成顆粒不易團聚、反應條件簡單，且納?微混合尺寸的Al₃BC?AlB₂顆粒可同步提高鋁/鋁合金力學和導熱性能；另外，該方法適合鑄造近凈成形大型復雜復合材料產品。

技術領域

本發明屬于鋁基復合材料制備技術領域，特別是涉及一種原位合成雙相顆粒增強鋁基復合材料的制備方法。

背景技術

鋁及鋁合金是目前廣泛應用的輕質金屬結構材料。顆粒增強鋁基復合材料憑借其高比強度、高彈性模量、高硬度和良好耐磨性能等優點得到了廣泛關注和研究。當增強顆粒含量一定時，顆粒分布越均勻尺寸越細小，強化效果越好。

當前，由于原位合成顆粒的粒徑一般可控制在微米或亞微米尺寸，且增強相顆粒與基體之間的界面結合狀況良好，有效地提高了復合材料的綜合性能，因此成為復合材料領域研究的一個熱點。原位合成增強顆粒的尺寸主要包括納米和亞微米尺度兩種。納米尺度增強顆粒相比于亞微米尺度增強顆粒不僅顯著提高復合材料強度，還不降低材料韌性。因此，把原位納米顆粒引入鋁合金基體中，不僅可以提高鋁合金強度，還可以獲得良好的成形性。Al₃BC顆粒力學性能高，與鋁基體界面結合強度高；AlB₂顆粒可凈化鋁熔體，降低雜質固溶，對鋁/鋁合金導熱性能有利，因此如何往鋁/鋁合金熔體內引入納米尺度的Al₃BC顆粒和微米尺度的AlB₂顆粒，發揮二者協同互補作用，同時強化合金導熱和力學性能成為很有意義的研究。

然而，原位法制備增強顆粒存在反應慢、反應不充分、反應條件苛刻、顆粒易團聚等問題，如何促進原位反應的進行和增強顆粒的彌散分布成為必須要解決的難題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有原位合成顆粒存在的顆粒易團聚、反應條件苛刻、顆粒分布不均勻等不足，提供了一種原位合成雙相顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，即將鋁/鋁合金粉、硼質粒和碳粉經過球磨、冷壓成型制備的預制體嵌入攪拌桿下部，并深入鋁/鋁合金熔體內部攪拌旋轉，預制體在熔體內逐層熔化、脫落，在離心力和強制對流作用下硼和碳均勻分布于熔體內部，同時在超聲和攪拌引起的空化、聲流和對流協同作用下發生高效原位反應合成彌散分布的Al₃BC和AlB₂雙相顆粒增強鋁基復合材料。

為解決上述技術問題，本發明的實施例提供一種原位合成雙相顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，將已稱重好的鋁/鋁合金粉與石墨粉混勻后球磨，接著將其與硼質粒混勻并繼續球磨，球磨結束后將其冷壓成型制成預制體。將預制體嵌入攪拌桿下部，并深入鋁/鋁合金熔體內部攪拌旋轉，預制體在熔體內逐層熔化、脫落，在離心力和強制對流作用下硼和碳均勻分布于熔體內部，同時在超聲和攪拌引起的空化、聲流和對流協同作用下發生原位反應合成彌散分布的Al₃BC和AlB₂雙相顆粒增強鋁基復合材料。

該方法具體包括以下步驟：

S1)以鋁/鋁合金粉、石墨粉和硼質粒為原料，制成預制體；

S2)將S1)得到的預制體固定在攪拌桿下部，并深入待處理鋁/內部，通過發生原位反應合成彌散分布的Al₃BC和AlB₂雙相顆粒增強鋁基復合熔體，冷卻后即得雙相顆粒增強鋁基復合材料。