專利名稱：Fe－Al金屬間化合物增強鋁基復合材料制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的金屬間化合物增強鋁基復合材料制備工藝，特別是一種原位自生Fe-Al金屬間化合物增強鋁基復合材料及其制備工藝。
背景技術(shù)：
金屬間化合物是一類低密度、高熔點、性質(zhì)介于金屬與陶瓷之間的有序結(jié)構(gòu)化合物，由于其微觀結(jié)構(gòu)上的特點，使之具有許多傳統(tǒng)材料所沒有的優(yōu)點。鋁的金屬間化合物具有比模量高、比強度高、抗氧化、抗腐蝕性好等特點，可以在更高的溫度和惡劣的環(huán)境下工作。
經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)劉江等在《鑄造》Vol.52，No.5P336～339，2003年發(fā)表的文章“攪拌鑄造法反應合成金屬間化合物增強鋁基復合材料”，該文章介紹了利用鋁熔體與加入的純鐵粉發(fā)生原位反應，生成Fe-Al金屬間化合物粒子，并通過強烈的機械攪拌使之均勻分布到整個鋁熔體中，然后將這種半固態(tài)混合熔體進行金屬型澆注，獲得鋁基復合材料。雖然通過該方法制備的復合材料具有較高的力學性能和組織穩(wěn)定性，仍然存在著不足①鐵粉加入鋁熔體的溫度在900℃，此溫度下熔體很容易氧化吸氣；②需在惰性氣體保護下加熱到950℃進行高速攪拌，攪拌過程中卷入的氣體產(chǎn)生大量氣孔，影響了材料的力學性能，同時又增加了能源消耗；③攪拌器的制造和材料要適合在高溫下長期服役，增加了生產(chǎn)成本；④要求攪拌完成后立即澆注，這對生產(chǎn)要求很高，不利于操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足和缺陷，提供一種Fe-Al金屬間化合物增強鋁基復合材料制備工藝，使其提高材料的室溫及高溫力學性能，在較低的溫度下通過助熔劑加之簡單的機械攪拌來制備原位自生金屬間化合物增強鋁基復合材料。本發(fā)明制備工藝簡單，無需特別攪拌裝置，最大程度的減小了鋁熔體吸氣氧化的可能，并節(jié)約能源。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明制備工藝，在助熔劑覆蓋下采用簡單機械攪拌進行熔煉，包括以下步驟(1)加入鋁錠熔化后以助熔劑覆蓋；(2)到達熔煉溫度后加入烘干的工業(yè)純鐵并保溫攪拌；(3)扒除表面渣精練后將熔體澆入模具，即獲得金屬間化合物增強鋁基復合材料。
本發(fā)明方法中，所述的助熔劑包括KCl、NaCl、MgCl2、BaCl2、CaCl2、MgCl2·KCl、Na2SiF6、Na3AlF6、NaF、KF、CaF2。
步驟(2)中，熔煉溫度為700℃～780℃；工業(yè)純鐵中鐵含量＞99.7％，烘干溫度為150℃～300℃，烘干時間1小時～20小時；攪拌時間為5分鐘～30分鐘，攪拌速度150rpm～400rpm。
步驟(3)中，澆注溫度為680℃～740℃。
與其它工藝相比，本發(fā)明采用助熔劑在較低溫度下制備原位自生鋁基復合材料，可大大減少鋁熔體的氧化，降低生成有害氧化夾雜物及熔體吸氣的機率，提高了熔體質(zhì)量；利用簡單機械攪拌可使原位生成的金屬間化合物有效均勻地分散在鋁熔體中，制備出顆粒分布均勻的鋁基復合材料，其室溫及高溫力學性能均得到了提高。本發(fā)明工藝制備的鋁基復合材料流動性好，適于各種鑄造方法。
具體實施例方式
結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實施例，對本發(fā)明作進一步的理解實施例1制備基體為純鋁的Fe-Al金屬間化合物增強鋁基復合材料，制備過程如下純鋁熔化后用KCl、CaF2、CaCl2、Na2SiF6覆蓋，熔煉溫度達到780℃，加入150℃烘干20小時的工業(yè)純鐵，以400rpm保溫攪拌5分鐘，溫度降至740℃扒除表面渣，精練后澆入模具即得Fe-Al金屬間化合物增強鋁基復合材料。將所制備的復合材料制成標準拉伸試棒，抗拉強度為240～280MPa，提高了200～240MPa。
實施例2制備的基體合金為ZL109的Fe-Al金屬間化合物增強鋁基復合材料，制備過程如下ZL109合金熔化后用MgCl2·KCl、BaCl2、Na3AlF6覆蓋，熔煉溫度達到700℃，加入300℃烘干1小時的工業(yè)純鐵，以150rpm保溫攪拌30分鐘，溫度降至680℃扒除表面渣，精練后澆入模具即得Fe-Al金屬間化合物增強鋁基復合材料。將所制備的復合材料制成標準拉伸試棒，常溫抗拉強度為360～390MPa，提高了35～65MPa；高溫抗拉強度為230～260MPa，提高了50～80MPa。
實施例3制備基體為ZL204A的Fe-Al金屬間化合物增強鋁基復合材料，制備過程如下ZL204A合金熔化后用NaCl、NaF、KF、MgCl2覆蓋，熔煉溫度達到740℃，加入220℃烘干12小時的工業(yè)純鐵，以220rpm保溫攪拌15分鐘，溫度降至720℃扒除表面渣，精練后澆入模具即得Fe-Al金屬間化合物增強鋁基復合材料。將所制備的復合材料制成標準拉伸試棒，常溫抗拉強度為460～500MPa，提高了30～70MPa；高溫抗拉強度為360～390MPa，提高了30～70MPa。
權(quán)利要求
1.一種Fe-Al金屬間化合物增強鋁基復合材料制備工藝，其特征在于，在助熔劑覆蓋下采用簡單機械攪拌進行熔煉，包括以下步驟(1)加入鋁錠熔化后以助熔劑覆蓋；(2)到達熔煉溫度后加入烘干的工業(yè)純鐵并保溫攪拌；(3)扒除表面渣精練后將熔體澆入模具，即獲得金屬間化合物增強鋁基復合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Fe-Al金屬間化合物增強鋁基復合材料制備工藝，其特征是，所述的助熔劑包括KCl、NaCl、MgCl2、BaCl2、CaCl2、MgCl2·KCl、Na2SiF6、Na3AlF6、NaF、KF、CaF2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Fe-Al金屬間化合物增強鋁基復合材料制備工藝，其特征是，步驟(2)中，熔煉溫度為700℃～780℃；工業(yè)純鐵中鐵含量＞99.7％，烘干溫度為150℃～300℃，烘干時間1小時～20小時；攪拌時間為5分鐘～30分鐘，攪拌速度150rpm～400rpm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Fe-Al金屬間化合物增強鋁基復合材料制備工藝，其特征是，步驟(3)中，澆注溫度為680℃～740℃。
全文摘要
一種Fe－Al金屬間化合物增強鋁基復合材料制備工藝，用于金屬材料領(lǐng)域。本發(fā)明在助熔劑覆蓋下采用簡單機械攪拌進行熔煉，工藝步驟加入鋁錠熔化后以助熔劑覆蓋；到達熔煉溫度后加入烘干的工業(yè)純鐵并保溫攪拌；扒除表面渣精練后將熔體澆入模具，即獲得金屬間化合物增強鋁基復合材料。本發(fā)明采用助熔劑在較低溫度下制備原位自生鋁基復合材料，可大大減少鋁熔體的氧化，降低生成有害氧化夾雜物及熔體吸氣的機率，提高了熔體質(zhì)量；利用簡單機械攪拌可使原位生成的金屬間化合物有效均勻地分散在鋁熔體中，制備出顆粒分布均勻的鋁基復合材料，其室溫及高溫力學性能均得到了提高。本發(fā)明工藝制備的鋁基復合材料流動性好，適于各種鑄造方法。
文檔編號C22C21/00GK1570172SQ20041001828
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月13日
發(fā)明者張亦杰, 王浩偉, 馬乃恒, 厲松春 申請人:上海交通大學