專利名稱：顆?；祀s增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的鋁基材料，具體地說，是一種顆?；祀s增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
鋁基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量和高比剛度，在航空航天、國防、工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的鋁基復(fù)合材料的制備方法是將增強(qiáng)顆粒外加到鋁基體中，由于在鋁基體中外加顆粒存在著增強(qiáng)顆粒與基體浸潤性差，界面反應(yīng)難以控制，增強(qiáng)顆粒分布不均勻等缺陷，影響了鋁基復(fù)合材料的性能。同時(shí)采用外加顆粒的制備工藝復(fù)雜，成本較高，不利于推廣應(yīng)用?；祀s增強(qiáng)可以改善單一增強(qiáng)體的不足，使各種增強(qiáng)材料不同性質(zhì)的相互補(bǔ)充，產(chǎn)生混雜效應(yīng)同時(shí)可以提高增強(qiáng)體的含量，進(jìn)一步提高材料的性能。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號為1376805，
公開日為2002.10.30，發(fā)明名稱為一種高強(qiáng)度原位鋁基復(fù)合材料，是采用粉末燒結(jié)的方法制備的原位混雜Al2O3、TiB2顆粒增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。該復(fù)合材料的Al2O3、TiB2顆粒摩爾比2∶(3±0.15)，由于Al2O3、TiB2顆粒密度大于鋁，而且TiB2顆粒比TiB2顆粒密度大，因此過高的TiB2顆粒含量容易造成復(fù)合材料中增強(qiáng)顆粒分布不均勻，影響了復(fù)合材料的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種顆?；祀s增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，使其解決了以往混雜顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料存在的增強(qiáng)顆粒分布不均勻的缺陷，通過調(diào)節(jié)Al2O3和TiB2顆粒的比例，使增強(qiáng)顆粒在基體中彌散分布，界面干凈，結(jié)合良好，起到了強(qiáng)化作用，使基體的強(qiáng)度和模量得到明顯提高。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，所述的顆粒混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的組分及重量百分比為TiB2顆粒1～30％，Al2O3顆粒1～30％，余量為Al或Al合金。其中TiB2顆粒和Al2O3顆粒摩爾比為1∶1。
所述的Al2O3顆粒和TiB2顆粒的尺寸在50～300nm。
所述的Al2O3顆粒形狀為園形，TiB2顆粒形狀為六方形和長方體，Al2O3顆粒和TiB2顆粒均勻分布于基體中，界面干凈。
在本發(fā)明的復(fù)合材料中，原位自生的TiB2和Al2O3顆粒能夠抑制晶粒的長大，細(xì)化晶粒尺寸；TiB2和和Al2O3顆粒的尺寸在亞微米級，能夠有效的阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，起到強(qiáng)化作用。TiB2和Al2O3顆粒與基體界面干凈，結(jié)合良好，能夠起到傳遞載荷的作用。TiB2和Al2O3顆粒的存在使復(fù)合材料的強(qiáng)度和模量與基體相比有了明顯的提高。
本發(fā)明上述的顆?；祀s增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其制備方法如下(1)在坩堝中加入工業(yè)純鋁，使鋁錠熔化，用Ar氣保護(hù)，升溫至850～1100℃；(2)將Na2B4O7、K2TiF6以1∶0.9～1∶4的質(zhì)量比均勻混合，在150～250℃烘干2～5小時(shí)，然后將混合鹽加入熔體中，機(jī)械攪拌，攪拌速度為200～500rpm，攪拌時(shí)間為10～60min；(3)反應(yīng)結(jié)束后，取出發(fā)應(yīng)熔渣，加入合金元素，在熔體中通入Ar氣進(jìn)行除氣精煉，扒去浮渣，然后靜置，靜置時(shí)間為10～30min，靜置溫度680～780℃；(4)然后澆注到模具中，得到顆?；祀s增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
本發(fā)明解決了以往混雜顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料存在的材料分布不均勻的缺陷。本發(fā)明利用在鋁基體中反應(yīng)生成TiB2和Al2O3顆粒來制備原位混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。原位生成的TiB2和Al2O3顆粒在基體中分布均勻，顆粒表面干凈，與基體的界面結(jié)合良好。TiB2和Al2O3顆粒在基體中起到明顯的強(qiáng)化作用，提高了材料的強(qiáng)度和模量。這種復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能和成形能力，可以廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車等領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1本實(shí)施例材料的組分及其重量百分比為TiB2顆粒1％、Al2O3顆粒1％，余量為Al。
鋁錠熔化后，用Ar氣保護(hù)，升溫至850℃，將質(zhì)量比為1∶0.9的Na2B4O7、K2TiF6混合均勻并經(jīng)過150℃烘干2小時(shí)加入到熔體中，然后進(jìn)行攪拌，攪拌速度200rpm，攪拌時(shí)間10min。反應(yīng)結(jié)束后取出發(fā)應(yīng)熔渣，在熔體中通入Ar氣進(jìn)行除氣精煉，扒去浮渣，然后靜置10min，靜置溫度680℃，倒入鑄模。得到含TiB21％、Al2O31％的復(fù)合材料鑄錠，將鑄錠進(jìn)行擠壓加工后，經(jīng)T6處理。
在復(fù)合材料中Al2O3和TiB2顆粒的尺寸在50～300nm，Al2O3顆粒為圓形，TiB2顆粒為六方形和長方體。材料致密均勻，Al2O3和TiB2增強(qiáng)顆粒彌散分布在基體中，Al2O3和TiB2與基體界面干凈，結(jié)合良好。復(fù)合材料的力學(xué)性能σb＝198MPa，σ0.2＝145MPa，δ＝6％，E＝74GPa。
實(shí)施例2本實(shí)施例材料的組分及其重量百分比為TiB2顆粒15％、Al2O3顆粒15％，余量為Al合金2024。
鋁錠熔化后，用Ar氣保護(hù)，升溫至950℃，，將質(zhì)量比為1∶1.2的Na2B4O7、K2TiF6混合均勻并經(jīng)過200℃烘干4小時(shí)加入到熔體中，進(jìn)行攪拌，攪拌速度300rpm，攪拌時(shí)間40min。反應(yīng)結(jié)束后取出發(fā)應(yīng)熔渣，加入合金元素，在熔體中通入Ar氣進(jìn)行除氣精煉，扒去浮渣，然后靜置15min，靜置溫度740℃，倒入鑄模，得到含TiB215％、Al2O315％的復(fù)合材料鑄錠。將鑄錠進(jìn)行擠壓加工后，T6熱處理。
在復(fù)合材料中Al2O3和TiB2顆粒的尺寸在50～300nm，Al2O3顆粒為圓形，TiB2顆粒為六方形和長方體。材料致密均勻，Al2O3和TiB2增強(qiáng)顆粒彌散分布在基體中，Al2O3和TiB2與基體界面干凈，結(jié)合良好。經(jīng)過T6處理的復(fù)合材料的力學(xué)性能σb＝560MPa，σ0.2＝472MPa，δ＝4.1％，E＝86GPa。
實(shí)施例3本實(shí)施例材料的組分及其重量百分比為TiB2顆粒30％、Al2O3顆粒30％，余量為Al合金7075。
鋁錠熔化后，用Ar氣保護(hù)，升溫至1100℃，將質(zhì)量比為1∶1.4的Na2B4O7、K2TiF6混合均勻并經(jīng)過250℃烘干5小時(shí)加入到熔體中，然后進(jìn)行攪拌，攪拌速度500rpm，攪拌時(shí)間60min。反應(yīng)結(jié)束后取出發(fā)應(yīng)熔渣，加入合金元素，在熔體中通入Ar氣進(jìn)行除氣精煉，扒去浮渣，然后靜置30min，靜置溫度780℃，倒入鑄模，得到含TiB230％、Al2O330％的復(fù)合材料鑄錠。將鑄錠進(jìn)行擠壓加工后，T6熱處理處理。
在復(fù)合材料中Al2O3和TiB2顆粒的尺寸在50～300nm，Al2O3顆粒形狀為圓形，TiB2顆粒主要為六方形和長方體。材料致密均勻，Al2O3和TiB2增強(qiáng)顆粒彌散分布在基體中，Al2O3和TiB2與基體界面干凈，結(jié)合良好。經(jīng)過T6處理的復(fù)合材料的力學(xué)性能σb＝763MPa，σ0.2＝734MPa，δ＝2.2％，E＝125GPa。
權(quán)利要求
1.一種顆?；祀s增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特征在于，其組分及其重量百分比為TiB2顆粒1～30％、Al2O3顆粒1～30％，余量為Al或Al合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆?；祀s增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特征是，所述的TiB2顆粒和Al2O3顆粒摩爾比為1∶1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顆?；祀s增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特征是，所述的Al2O3顆粒的尺寸為50～300nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顆?；祀s增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特征是，所述的Al2O3顆粒，其形狀為圓形，Al2O3顆粒均勻分布于基體中，界面干凈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的原位混雜顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特征是，所述的TiB2顆粒的尺寸為50～300nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顆?；祀s增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特征是，所述的TiB2顆粒，其形狀為六方形或長方體，TiB2顆粒均勻分布于基體中，界面干凈。
全文摘要
一種顆粒混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的組分及其重量百分比為Al
文檔編號C22C30/00GK1986859SQ20061014822
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者陳東, 王浩偉, 白亮, 馬乃恒, 李險(xiǎn)峰 申請人:上海交通大學(xué)