本發(fā)明屬于中間合金技術領域，特別涉及一種環(huán)保型低成本大體積分數(shù)al-tib2中間合金制備方法。

背景技術：

tib2顆粒由于其密度小、熱膨脹系數(shù)低、模量高且與鋁基體有良好的共格關系，使其成為鋁基復合材料中廣泛應用的增強顆粒。而內生的tib2由于生產條件和技術水平的落后造成的tib2顆粒尺寸較大，顆粒較少，主要體現(xiàn)在b含量低，純凈度差，第二相尺寸、形貌和分布不合標準等。目前工業(yè)上通過混合鹽反應法大量制備al-tib2中間合金，其典型生產工藝是：在750-850向鋁熔體中添加k2tif6和kbf4，通過機械攪拌使其充分反應，制備al-tib2中間合金。利用混合鹽鹽反應法制備的al-tib2中間合金組織中，tial3相存在，長度一般在100μm左右，該相在復合材料中將作為一種脆性相，對復合材料性能不利。組織中的tib2粒子多呈聚集團狀存在，聚集團內部粒子與粒子粘連在一起，同時其制備過程中會產生嚴重的污染問題。為了制備出顆粒含量高且制備環(huán)保的al-tib2細化劑，國內外嘗試了各種手段比如，氧化物法，高溫自蔓延合成法等，主要存在制備效率不高，制備成本高等缺點。本發(fā)明將氧化物法的價格低廉、環(huán)保與自蔓延合成法的高效快速結合，以熔體自蔓延直接合成法成功制備出了無tial3等脆性相，且制備過程環(huán)保、低成本且具有大體積分數(shù)的al-tib2中間合金。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明采用熔體自蔓延直接合成法，利用原料來源廣泛成本低廉的tio2、h3bo3，研制一種制備過程環(huán)保、潔凈、顆粒含量高的純相al-tib2中間合金。

為解決上述問題，本專利主要技術方案為：利用熔體自蔓延直接合成法制備工藝，制備一種環(huán)保型低成本大體積分數(shù)al-tib2中間合金。

一種大體積分數(shù)al-tib2純相中間合金，包含如下的組份，b的質量百分含量為1.0-2.5％，ti/b的摩爾比為＝1/2，余量為al，物相組成包括α-al、tib2。優(yōu)選tib2平均顆粒尺寸為0.6μm以下，tib2顆粒分散相對均勻。

按要求稱量h3bo3、tio2、鋁粉、鈦粉、鋁錠，其中h3bo3：tio2：al粉：ti粉的摩爾比＝(3.5-5.2)：(0.5-2.1):(3.5-5.7)：(0.2-1.5)(mol)，鋁錠純度99.9％；其顆粒尺寸及含量明顯高于傳統(tǒng)方法制備的al-tib2中間合金，且制備過程環(huán)保，成本低廉。

上述中間合金的制備方法，其特征在于，ti和b以氧化物粉末狀加入，輔以al粉和少量ti粉，采用熔體自蔓延直接合成法制備，具體包括以下步驟：

(1)原料準備，按要求稱量h3bo3、tio2、鋁粉、鈦粉、鋁錠，其中h3bo3：tio2：al粉：ti粉的摩爾比＝(3.5-5.2)：(0.5-2.1):(3.5-5.7)：(0.2-1.5)，ti/b的摩爾比為＝1/2，鋁錠純度99.9％；優(yōu)選tib2平均顆粒尺寸為0.6μm以下。

(2)將h3bo3、tio2混合均勻，在200℃加熱兩個小時，祛除水分；優(yōu)選祛除水分過程中每20-40分鐘取出一次，攪拌粉末，使粉末烘干均勻，不易結塊。

(3)將加熱后的tio2、h3bo3和鋁粉、鈦粉混合均勻，將混合均勻的粉末置于模具中，壓制成塊體；

(4)利用井式電阻爐將鋁錠加熱至900-1050℃，待鋁錠完全熔化，石墨鐘罩壓入步驟(3)的塊體，待反應出現(xiàn)火化后取出鐘罩進行熔體自蔓延直接反應，反應時間為5-8min；反應完成后，壓入c2cl6精煉，攪拌，靜置5-20min，扒渣，重復攪拌、靜置和扒渣過程1-2次，將所得熔體在750-900℃之間澆注到已預熱到250℃的鋼模中，獲得大體積分數(shù)al-tib2純相中間合金。

上述優(yōu)選c2cl6在100℃加熱1h，去除水分；將模具和扒渣勺等工具涂刷一層涂料，防止fe雜質元素污染細化劑。選用石墨坩堝進行熔煉，石墨棒攪拌，防止si的污染。

h3bo3和tio2混合物200℃加熱兩個小時，將加熱后的tio2、h3bo3和鋁粉混合均勻，使得步驟(3)壓制的塊體名義密度為4.65-5.50g/cm³，不能過于緊實，亦不能過于松散。

鋁熔體達到一定溫度，壓入粉塊，待反應引起火化后，撤出鐘罩，使粉塊自行發(fā)生燃燒反應。

本發(fā)明解決了傳統(tǒng)方法制備困難、制備成本高且有tial3殘留的問題，中間合金中tib2粒子尺寸小，分布均勻，顆粒含量高或大體積分數(shù)，體積分數(shù)可達25％，一般最高可達50％；所得中間合金為純相，只有α-al、tib2。

附圖說明

圖1是實施例1的al-tib2中間合金整體形貌

圖2是實施例1的al-tib2中間合金中tib2顆粒分布

圖3是實施例1的al-tib2中間合金xrd分析圖

圖4是實施例1的al-tib2中間合金中tib2顆粒統(tǒng)計。

具體實施方式

下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。

實施例1

熔體自蔓延直接合成法制備al-10tib2(tib2的質量百分含量為10％)中間過程如下：

1.原料準備，細化劑由h3bo3、tio2、鋁粉、鈦粉、鋁錠、c2cl6制備，其中鋁錠純度99.9％。

2.制備1kg的中間合金，按要求稱量h3bo3、tio2、鋁粉、鈦粉、鋁錠，鋁燒損率為3％。要求h3bo3：tio2：al粉：ti粉的摩爾比＝4:1:4:1，其余為al錠。

3將h3bo3、tio2粉末在200℃加熱兩個小時，祛除水分，每30分鐘取出粉末進行攪拌，防止結塊。

4.將加熱后的粉末與鈦粉和鋁粉混合均勻，將混合均勻的粉末置于模具中，壓制成15×φ65mm³的柱形粉塊，粉塊名義密度為5.30g/cm³。

5.將模具和扒渣勺等工具涂刷一層涂料，涂料為zno和na2sio3混合物，防止fe雜質元素污染細化劑。選用石墨坩堝進行熔煉，石墨棒攪拌，防止si的污染。

6.利用井式電阻爐將鋁錠加熱至950℃，待鋁錠完全熔化，石墨鐘罩壓入步驟(3)的塊體，待反應出現(xiàn)火化后取出鐘罩們進行熔體自蔓延直接反應，反應時間為8min；反應完成后，壓入c2cl6精煉，攪拌，靜置5min，扒渣，用扒渣勺扒除表面的熔渣和氧化皮，重復該攪拌、靜置和扒渣過程1-2次，將鋁熔體850℃澆注到已預熱250℃的鋼模中，獲得大體積分數(shù)al-tib2中間合金。此法制備的中間合金，無tial3脆性相，顆粒收得率高，粒子尺寸小，且分布均勻。

實施例2

熔體自蔓延直接合成法制備al-15tib2(tib2的質量百分含量為

15％)中間過程如下：

1.原料準備，細化劑由h3bo3、tio2、鋁粉、鈦粉、鋁錠、c2cl6制備，其中鋁錠純度99.9％。

2.制備1kg的中間合金，按要求稱量h3bo3、tio2、鋁粉、鈦粉、鋁錠，鋁燒損率為3％。要求h3bo3：tio2：al粉：ti粉的摩爾比＝4:1:4:1，其余為al錠。

3將h3bo3、tio2粉末在200℃加熱兩個小時，祛除水分，每30分鐘取出粉末進行攪拌，防止結塊。

4.將加熱后的粉末與鈦粉和鋁粉混合均勻，將混合均勻的粉末置于模具中，壓制成15×φ65mm³的柱形粉塊，粉塊名義密度為5.30g/cm³。

5.將模具和扒渣勺等工具涂刷一層涂料，涂料為zno和na2sio3混合物，防止fe雜質元素污染細化劑。選用石墨坩堝進行熔煉，石墨棒攪拌，防止si的污染。

6.利用井式電阻爐將鋁錠加熱至950℃，待鋁錠完全熔化，石墨鐘罩壓入步驟(3)的塊體，待反應出現(xiàn)火化后取出鐘罩們進行熔體自蔓延直接反應，反應時間為12min；反應完成后，壓入c2cl6精煉，攪拌，靜置5min，扒渣，用扒渣勺扒除表面的熔渣和氧化皮，重復該攪拌、靜置和扒渣過程1-2次，將鋁熔體850℃澆注到已預熱250℃的鋼模中，獲得大體積分數(shù)al-tib2中間合金。此法制備的中間合金，無tial3脆性相，顆粒收得率高，粒子尺寸小，且分布均勻。