本發(fā)明屬于粉末冶金，具體涉及一種b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料制備方法。
背景技術(shù)：
1、鋁基復(fù)合材料因其優(yōu)異的力學(xué)性能、耐腐蝕及低的密度，在各領(lǐng)域(民用、醫(yī)學(xué)、汽車、航空航天、軍工等領(lǐng)域)具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其在高強度、輕量化和低能耗產(chǎn)品的制造和研發(fā)方面，鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用優(yōu)勢顯得更為突出。
2、在工程化應(yīng)用中，因產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點，鋁基復(fù)合材料無法實現(xiàn)產(chǎn)品的一體化成型，常采用焊接或通過緊固件(螺栓、螺母、鉚釘?shù)?實現(xiàn)各類結(jié)構(gòu)(框架、附座、筋板等)的連接，為此，焊縫的性能指標(biāo)和緊固件與鋁基結(jié)構(gòu)件之間的配合顯得尤為重要。但是在鋁基復(fù)合材料的強度和硬度大幅提升的情況下，熱輸入實現(xiàn)焊縫成形過程中，容易造成強化相的蒸發(fā)、流失和產(chǎn)生氣孔等缺陷，焊縫質(zhì)量難以保證。
3、目前，降低鋁基復(fù)合材料的焊接缺陷，提高焊縫質(zhì)量是促進(jìn)其高質(zhì)量工程化應(yīng)用的重要研究內(nèi)容。根據(jù)粉末冶金快速成型的特點，可以通過焊縫的缺陷分析，針對性地對鋁基中的強化相微觀調(diào)控和微觀組織的調(diào)整，從而適應(yīng)不同的焊接需求及場景應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、(一)要解決的技術(shù)問題
2、本發(fā)明提出一種b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料制備方法，以解決降低鋁基復(fù)合材料的焊縫開裂傾向和優(yōu)化焊縫質(zhì)量的技術(shù)問題。
3、(二)技術(shù)方案
4、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料制備方法，該制備方法包括，對b4c粉和ti粉進(jìn)行混合，利用行星球磨機進(jìn)行高能預(yù)球磨，得到強化粉體；對強化粉體與al粉進(jìn)行逐級混合球磨，得到al基復(fù)合粉末；對al基復(fù)合粉末依次進(jìn)行冷壓成型、燒結(jié)、固溶+時效，制備得到b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料。
5、進(jìn)一步地，該制備方法具體包括：
6、s1.將b4c粉、ti粉和al粉放入真空干燥箱進(jìn)行真空干燥；
7、s2.將干燥后的b4c粉和ti粉放入不銹鋼球磨罐，加入鋼球，將不銹鋼球磨罐放入真空箱中抽真空；
8、s3.通過行星球磨機對不銹鋼球磨罐進(jìn)行預(yù)先高能球磨，得到強化粉體；
9、s4.在強化粉體中加入純al粉，加入鋼球，將不銹鋼球磨罐放入真空箱中抽真空，通過行星球磨機對不銹鋼球磨罐進(jìn)行高能球磨，完成一次球磨；
10、s5.在經(jīng)過一次球磨后得到的粉末中加入純al粉，加入鋼球，將不銹鋼球磨罐放入真空箱中抽真空，通過行星球磨機對不銹鋼球磨罐進(jìn)行高能球磨，完成二次球磨，得到al基復(fù)合粉末；
11、s6.通過壓片機將al基復(fù)合粉末加入壓片模具中，進(jìn)行冷壓成型，壓制結(jié)束，取出試樣；
12、s7.將壓制試樣進(jìn)行氣氛燒結(jié)，保溫，隨爐冷卻，得到燒結(jié)試樣；
13、s8.對燒結(jié)試樣進(jìn)行固溶+時效處理，得到b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料。
14、進(jìn)一步地，步驟s1中，干燥溫度為60～100℃，干燥時間為1～5h。
15、進(jìn)一步地，步驟s2中，b4c粉為40～60wt％，其余為ti粉；球料比為10:1，鋼球直徑為3mm、5mm、7mm，小球、中球、大球的質(zhì)量比為2:3:5；真空箱的真空度為-0.1mpa。
16、進(jìn)一步地，步驟s3中，預(yù)先高能球磨的轉(zhuǎn)速為150～300r/min，每旋轉(zhuǎn)10～30min暫停5～10min，再進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，總球磨時間為2～10h。
17、進(jìn)一步地，步驟s4中，在強化粉體中加入純al粉，將強化粉體的質(zhì)量比調(diào)整為10～50wt％；球料比為10:1，鋼球直徑為3mm、5mm、7mm，小球、中球、大球的質(zhì)量比為2:3:5；真空箱的真空度為-0.1mpa；高能球磨的轉(zhuǎn)速為100～200r/min，每旋轉(zhuǎn)10～30min暫停5～10min，再進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，總球磨時間為2～10h。
18、進(jìn)一步地，步驟s5中，在經(jīng)過一次球磨后得到的粉末中加入純al粉，將一次球磨的粉體質(zhì)量比調(diào)整為5～20wt％，球料比為10:1，鋼球直徑為3mm、5mm、7mm，小球、中球、大球的質(zhì)量比為2:3:5，真空箱的真空度為-0.1mpa，高能球磨的轉(zhuǎn)速為100～150r/min，每旋轉(zhuǎn)10～30min暫停5～10min，再進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，總球磨時間為2～10h。
19、進(jìn)一步地，步驟s6中，在壓片模具的墊片側(cè)面涂抹凡士林以備制樣，通過壓片機將6g的al基復(fù)合粉末加入至在ф30mm的壓片模具中，以500～800mpa的壓力進(jìn)行冷壓成型，保壓時間5～20min。
20、進(jìn)一步地，步驟s7中，燒結(jié)時通入高純氬，燒結(jié)溫度為550～610℃，升溫速率為5～15℃/min，保溫2～5h。
21、進(jìn)一步地，步驟s8中，固溶處理時，固溶溫度為450～480℃，保溫時間為1～2h，水冷，得到過飽和固溶體；時效處理時，時效溫度為150～200℃，升溫速率為5℃/min，保溫6～10h。
22、(三)有益效果
23、本發(fā)明提出一種b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料制備方法，首先對b4c粉和ti粉進(jìn)行混合，利用行星球磨機進(jìn)行高能預(yù)球磨，實現(xiàn)均勻混合和顆粒細(xì)化。對強化粉體與al粉進(jìn)行逐級混合球磨，以實現(xiàn)增強相在al粉中的均勻分布，即al基復(fù)合粉末，同時降低球磨過程中al粉的粘接傾向。制備的復(fù)合粉體經(jīng)冷壓成型、燒結(jié)、固溶+時效，制備得到b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明利用b4c和ti優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，將其引入鋁基復(fù)合材料中，用于提高鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能、及對應(yīng)產(chǎn)品的焊縫質(zhì)量，對于鋁基復(fù)合材料的工業(yè)化應(yīng)用和產(chǎn)品輕量化設(shè)計具有重要的意義。
24、本發(fā)明的有益效果具體包括：
25、(1)利用b4c和ti的協(xié)同強化al基復(fù)合材料，能夠有效提高al基復(fù)合材料的強度，根據(jù)兩種強化相自身的性能特點，促進(jìn)al基復(fù)合材料在工程化應(yīng)用中，降低其焊縫缺陷，提高焊接質(zhì)量。
26、(2)通過對干燥處理后的強化粉體進(jìn)行預(yù)先球磨，一定質(zhì)量比不僅降低球磨使的粉體粘接，還能降低顆粒尺寸，有利于在后續(xù)復(fù)合粉體中的均勻分布。
27、(3)預(yù)先球磨中，b4c和ti在不銹鋼球表面和球磨罐壁形成一層粉體薄膜，為后續(xù)的逐級高能球磨，促進(jìn)細(xì)化al粉顆粒，降低al粉粘接，減少操作流程及強化粉體的流失。細(xì)化后的復(fù)合粉末有利于后續(xù)形成致密性良好的al基復(fù)合材料，同時起到提升材料強度作用。
28、(4)可用于鋁合金及鋁基復(fù)合材料的附座的快速成型工藝，不僅提升制造效率，且在進(jìn)行附座焊接時，易形成良好的焊縫質(zhì)量。
1.一種b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料制備方法，其特征在于，所述制備方法包括，對b4c粉和ti粉進(jìn)行混合，利用行星球磨機進(jìn)行高能預(yù)球磨，得到強化粉體；對強化粉體與al粉進(jìn)行逐級混合球磨，得到al基復(fù)合粉末；對al基復(fù)合粉末依次進(jìn)行冷壓成型、燒結(jié)、固溶+時效，制備得到b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料制備方法，其特征在于，所述制備方法具體包括：
3.如權(quán)利要求2所述的b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料制備方法，其特征在于，步驟s1中，干燥溫度為60～100℃，干燥時間為1～5h。
4.如權(quán)利要求2所述的b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料制備方法，其特征在于，步驟s2中，b4c粉為40～60wt％，其余為ti粉；球料比為10:1，鋼球直徑為3mm、5mm、7mm，小球、中球、大球的質(zhì)量比為2:3:5；真空箱的真空度為-0.1mpa。
5.如權(quán)利要求2所述的b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料制備方法，其特征在于，步驟s3中，預(yù)先高能球磨的轉(zhuǎn)速為150～300r/min，每旋轉(zhuǎn)10～30min暫停5～10min，再進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，總球磨時間為2～10h。
6.如權(quán)利要求2所述的b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料制備方法，其特征在于，步驟s4中，在強化粉體中加入純al粉，將強化粉體的質(zhì)量比調(diào)整為10～50wt％；球料比為10:1，鋼球直徑為3mm、5mm、7mm，小球、中球、大球的質(zhì)量比為2:3:5；真空箱的真空度為-0.1mpa；高能球磨的轉(zhuǎn)速為100～200r/min，每旋轉(zhuǎn)10～30min暫停5～10min，再進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，總球磨時間為2～10h。
7.如權(quán)利要求2所述的b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料制備方法，其特征在于，步驟s5中，在經(jīng)過一次球磨后得到的粉末中加入純al粉，將一次球磨的粉體質(zhì)量比調(diào)整為5～20wt％，球料比為10:1，鋼球直徑為3mm、5mm、7mm，小球、中球、大球的質(zhì)量比為2:3:5，真空箱的真空度為-0.1mpa，高能球磨的轉(zhuǎn)速為100～150r/min，每旋轉(zhuǎn)10～30min暫停5～10min，再進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，總球磨時間為2～10h。
8.如權(quán)利要求2所述的b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料制備方法，其特征在于，步驟s6中，在壓片模具的墊片側(cè)面涂抹凡士林以備制樣，通過壓片機將6g的al基復(fù)合粉末加入至在ф30mm的壓片模具中，以500～800mpa的壓力進(jìn)行冷壓成型，保壓時間5～20min。
9.如權(quán)利要求2所述的b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料制備方法，其特征在于，步驟s7中，燒結(jié)時通入高純氬，燒結(jié)溫度為550～610℃，升溫速率為5～15℃/min，保溫2～5h。
10.如權(quán)利要求2所述的b4c協(xié)同ti強化鋁基復(fù)合材料制備方法，其特征在于，步驟s8中，固溶處理時，固溶溫度為450～480℃，保溫時間為1～2h，水冷，得到過飽和固溶體；時效處理時，時效溫度為150～200℃，升溫速率為5℃/min，保溫6～10h。