[發(fā)明專利]一種輕質耐熱高剛度多元增強鋁基復合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011000018.3
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112301298B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設計）人: 陳剛;靳鈺;張鴻名;常旭升;陳強
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學（威海）
• 主分類號: C22C47/12
• 分類號: C22C47/12;C22C49/06;C22C49/14;B22D18/02;C22F1/057;B22D23/04;C22C101/10;C22C101/14;C22C101/04;C22C101/18
• 代理公司: 威海佩敏專利代理事務所(普通合伙) 37284
• 代理人: 宋益敏

1.一種輕質耐熱高剛度多元增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，

所述鋁基復合材料中含有三種增強體，且三種增強體的體積分數分別為：5％～10％的CNTs、5％～15％的SiC_w和2％～5％的TiB₂；

技術原理是采用CNTs·SiC_w混雜預制件制備—TiB₂/Al復合材料熔體制備—擠壓浸滲制備鋁基復合材料的工藝路線，包括以下步驟：

第一步：首先將CNTs和SiC_w混合后采用模壓法壓制CNTs·SiC_w混雜預制件，并進行烘干和燒結；

第二步：之后采用原位自生法制備TiB₂/Al復合材料熔體；

第三步：最后采用含有增強體的TiB₂/Al復合材料熔體澆注多孔混雜預制件并進行擠壓鑄造液態(tài)浸滲制備CNTs·SiC_w·TiB₂/Al鋁基復合材料；

第三步中，采用擠壓鑄造液態(tài)浸滲的方法制備三元增強鋁基復合材料，將擠壓浸滲模具預熱至300℃～350℃，將第一步中的CNTs·SiC_w混雜預制件預熱至400℃～500℃，并放入模具內部；

調整第二步中TiB₂/Al復合材料熔體的溫度為800℃～850℃，并向模具中的混雜預制件上表面澆注適量復合材料熔體，之后對復合材料熔體施加100MPa～200MPa的壓力并保壓3min～4min，使TiB₂/Al復合材料熔體向混雜預制件中浸滲，浸滲完成后冷卻至室溫并脫模，最終制備出CNTs·SiC_w·TiB₂/Al復合材料鑄錠。

2.根據權利要求1所述的一種輕質耐熱高剛度多元增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

一、CNTs和SiC_w預處理：稱取體積分數為5％～10％的CNTs放入玻璃燒杯中，倒入適量蒸餾水混合，之后對混合液進行磁力攪拌，攪拌時間為20h～24h，并且每隔30min將燒杯放入超聲波清洗儀中對混合液進行超聲分散處理5min～10min；

稱取體積分數為5％～15％的SiC_w放入塑料燒杯中，倒入5wt.％氫氟酸溶液，浸泡并進行磁力攪拌20h～24h，之后將SiC_w和氫氟酸混合溶液靜置并倒去上層清液，加入適量蒸餾水進行稀釋，重復多次至混合液的pH值為中性；

二、CNTs·SiC_w混雜預制件制備：將步驟一中經過預處理的CNTs和SiC_w在水域環(huán)境中混合，放入超聲波清洗儀中進行超聲處理20min～30min，制成增強體混合液；

向所述增強體混合液中依次加入有機粘結劑和無機粘結劑，并對所述增強體混合液在加熱條件下進行磁力攪拌，直至混合液成粘稠狀態(tài)時停止加熱和攪拌；

之后將所述增強體混合物倒入預制件模具中壓制成形，保壓24h后脫模將預制件坯取出，并靜置24h陰干，之后在箱式電阻爐中進行梯度烘干，然后放入管式爐中并在氬氣氣氛中進行梯度燒結，最終制備出混雜預制件；

三、TiB₂/Al復合材料熔體制備：TiB₂通過氟硼酸鉀(KBF₄)和氟鈦酸鉀(K₂TiF₆)混合鹽與鋁熔體反應的原位自生法生成；

稱取一定質量鋁合金坯料放入石墨坩堝中，使用電阻爐在800℃～850℃將鋁坯料熔化，并加入精煉劑進行精煉和除渣，制成鋁熔體；

按預期生成體積分數為2％～5％的TiB₂顆粒分別稱取兩種反應鹽：KBF₄和K₂TiF₆，并放入箱式電阻爐中，在150℃～200℃保溫2h～2.5h進行充分干燥，取出后進行充分混合，將混合鹽分成4～6份并用鋁箔包裹，依次加入鋁熔體中，同時用機械攪拌裝置對鋁熔體進行攪拌，每次的攪拌時間為10min～15min，轉速為200r/min～300r/min，混合反應鹽與鋁熔體發(fā)生反應原位生成TiB₂顆粒；

機械攪拌結束后將超聲裝置的工具頭深入鋁熔體液面以下4mm～6mm，對鋁熔體進行超聲振動15min～20min，超聲處理結束后除去鋁熔體表面浮渣和氧化層，制備出TiB₂/Al復合材料熔體；

四、擠壓浸滲制備CNTs·SiC_w·TiB₂/Al鋁基復合材料：采用擠壓鑄造液態(tài)浸滲的方法制備三元增強鋁基復合材料，將擠壓浸滲模具預熱至300℃～350℃，將步驟二中的CNTs·SiC_w混雜預制件預熱至400℃～500℃，并放入模具內部；

調整步驟三中TiB₂/Al復合材料熔體的溫度為800℃～850℃，并向模具中的混雜預制件上表面澆注適量復合材料熔體，之后對復合材料熔體施加100MPa～200MPa的壓力并保壓3min～4min，使TiB₂/Al復合材料熔體向混雜預制件中浸滲，浸滲完成后冷卻至室溫并脫模，最終制備出CNTs·SiC_w·TiB₂/Al復合材料鑄錠；

五、鋁基復合材料熱處理：在500℃保溫6h進行固溶處理，取出后迅速在室溫下水淬，之后在180℃下保溫12h進行時效處理，制成熱處理強化的鋁基復合材料。