專利名稱：混合鹽法制備鋁基復合材料的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及的是一種制備鋁基復合材料的方法，特別是一種混合鹽法制備鋁基復合材料的方法，屬于復合材料領域。
背景技術(shù)：
近年來，許多文章報導了關于原位自生反應顆粒增強鋁基復合材料的研究。其特點是增強顆粒在基體內(nèi)部原位合成，基體界面結(jié)合較好且界面干凈；原位增強顆粒尺寸細小(一般＜3.0μm)且在基體中分布均勻；通過選擇反應類型及控制反應參數(shù)，可獲得不同種類、不同數(shù)量的原位增強顆粒；增強顆粒的原位合成同鑄造技術(shù)結(jié)合起來；工藝簡便、成本低；可用來制備一定形狀和大小的復合材料。經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Dacies P.Development of Cast Aluminium MMCs(鋁基復合材料的發(fā)展)，Key Engineering Materials(重要工程材料)，1993，77357-362，但該方法存在著所制備的復合材料質(zhì)量分數(shù)不高，或當TiB2重量百分比大于8％時，其組織結(jié)構(gòu)惡化，鑄造性能變差，材料的力學性能大大降低。在進一步的檢索中未見有與本發(fā)明主題相同文獻的報導。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種混合鹽法制備鋁基復合材料的方法，使其解決TiB2增強鋁基復合材料的沉降偏聚問題。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明通過加入含有熔體化合金元素的反應助劑和快速攪拌工藝，控制反應助劑的種類、加入量、配比、攪拌速度、加入的反應溫度及反應時間，解決TiB2增強鋁基復合材料的沉降偏聚問題，制備出組織性能優(yōu)良的鋁基復合材料。
以下對本發(fā)明方法作進一步的說明，具體內(nèi)容如下將基體合金在720-760℃溫度范圍熔化，同時保溫均勻化20min，之后加入反應鹽和反應助劑(必須充分混合均勻且烘干)，并采用高純石墨槳施以攪拌，速度范圍在200-1000r/mim，其加入后反應時間為10min-30min。待反應完成后清除鹽渣，并進行精煉處理后就澆鑄材料。
所述的反應助劑含有Na3AlF6和MgCl2，其配比為2∶1-4∶1，反應助劑的加入量為反應鹽的10-30重量百分比。
解決TiB2增強鋁基復合材料的沉降偏聚問題，其關鍵點在于如何阻止TiB2顆粒通過自身團聚來降低表面能。在復合材料中加入適量的金屬鎂(含量約為1-2％)，使顆粒生成后首先通過吸附鋁液中的鎂來降低表面能，然后再與鋁形成較好的結(jié)合，這樣利用鎂作為降低顆粒表面能，阻止團聚的手段，有效地減緩了顆粒沉降的現(xiàn)象。同時由于鎂的加入，使鋁液的粘度增加，而根據(jù)Stocks公式，復合材料粘度增加，顆粒的移動速度減小，在較長時間內(nèi)不會因相互接觸而團聚，在凝固過程中也容易被α-Al的晶粒所捕獲，形成均一穩(wěn)定的增強體。
利用快速攪拌促進反應的充分進行，原位生成的TiB2粒子是直徑為1微米左右的顆粒，這種尺寸的顆粒在鋁液中不會有沉降的出現(xiàn)。但由于顆粒往往是在某一局部區(qū)域(熔鹽與鋁液的交界面上)生成，很容易因局部濃度偏高而發(fā)生團聚。并且一旦團聚產(chǎn)生，再使其分開細化就非常的困難了，于是就有了沉降和凝固過程中的偏聚發(fā)生。實驗采用石墨槳快速旋轉(zhuǎn)攪拌，利用反應熔化鹽自身的保護作用，將轉(zhuǎn)速控制在200-1000r/m，一方面可以增加熔鹽與鋁液的接觸機會，加速反應，使原位生成的TiB2顆粒更加細??；另一方面促進顆粒從反應的高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的擴散，使復合材料的沉降現(xiàn)象得到了一定的緩解。
本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步，本發(fā)明借助熔體化合金元素和快速攪拌等工藝，解決TiB2增強鋁基復合材料的沉降偏聚問題，制備了TiB2顆粒重量百分比高達10％且組織性能優(yōu)良的鋁基復合材料，同時也為鹽類反應制備顆粒增強復合材料的進一步拓展應用提供了依據(jù)。
具體實施例方式
實施例1 純鋁作為基體材料，KBF4和K2TiF6作為反應混合鹽，并輔以Na3AlF6、MgCl2作反應助劑，其配比為2∶1，總量為反應混合鹽的10％，反應助劑加入溫度760℃，反應時間是10min，高純石墨槳攪拌速度為600r/min，制備重量百分比為10％的TiB2原位增強純鋁復合材料。材料的鑄態(tài)鑄態(tài)力學性能σb＝146Mpa；σ0.2＝101Mpa；δ＝7.3％；E＝91.6Gpa。
實施例2 A356作為基體材料，KBF4和K2TiF6作為反應混合鹽，并輔以Na3AlF6、MgCl2作反應助劑，其配比為3∶1，總量為反應混合鹽的20％；反應助劑加入溫度720℃，反應時間是20min，高純石墨槳攪拌速度為200r/min，制備為重量百分比10％的TiB2/A356復合材料。材料的鑄態(tài)鑄態(tài)力學性能σb＝258Mpa；σ0.2＝201Mpa；δ＝2.6％；E＝91.2Gpa。
實施例3 A356作為基體材料，KBF4和K2TiF6作為反應混合鹽，并輔以Na3AlF6、MgCl2作反應助劑，其配比為4∶1，總量為反應混合鹽的30％；反應助劑加入溫度740℃，反應時間是30min，石墨槳攪拌速度為1000r/min，制備重量百分比為10％的TiB2/A356復合材料。材料的鑄態(tài)鑄態(tài)力學性能σb＝260Mpa；σ0.2＝204Mpa；δ＝2.7％；E＝91.4Gpa。
權(quán)利要求
1.一種混合鹽法制備鋁基復合材料的方法，其特征在于通過加入含有熔體化合金元素的反應助劑和快速攪拌工藝，控制反應助劑的種類、加入量、配比、攪拌速度、加入的反應溫度及反應時間，解決TiB2增強鋁基復合材料的沉降偏聚問題，制備出組織性能優(yōu)良的鋁基復合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合鹽法制備鋁基復合材料的方法，其特征是以下對方法作進一步的說明，具體內(nèi)容如下將基體合金在720-760℃溫度范圍熔化，同時保溫均勻化20min，之后加入反應鹽和反應助劑，并采用高純石墨槳施以攪拌，速度范圍在200-1000r/mim，其加入后反應時間為10min-30min；待反應完成后清除鹽渣，并進行精煉處理后就澆鑄材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合鹽法制備鋁基復合材料的方法，其特征是加入的反應助劑必須充分混合均勻且烘干。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合鹽法制備鋁基復合材料的方法，其特征是所述的反應助劑含有Na3AlF6和MgCl2，其配比為2∶1-4∶1，反應助劑的加入量為反應鹽的10-30重量百分比。
全文摘要
一種混合鹽法制備鋁基復合材料的方法屬于復合材料領域。本發(fā)明通過加入含有熔體化合金元素的反應助劑和快速攪拌工藝，控制反應助劑的種類、加入量、配比、攪拌速度、加入的反應溫度及反應時間，解決TiB
文檔編號C22C21/00GK1438344SQ0311567
公開日2003年8月27日 申請日期2003年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月6日
發(fā)明者王浩偉, 李險峰, 馬乃恒, 王鵬 申請人:上海交通大學