一種顆?；旌显鰪婁X基復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋁基復合材料的制備領域，特別涉及一種顆?；旌显鰪婁X基復合材料 及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 顆粒增強錯基復合材料PAMCs(Particle reinforced aluminum matrix composites，簡稱PAMCs)具有比強度高、比剛度高、良好的耐磨性和減震性等優(yōu)點，并且可 通過改變增強顆粒的種類、含量、尺寸等實現(xiàn)不同的力學性能和使用性能，近年來得到了較 快的發(fā)展。SiC和B 4C顆粒是顆粒增強鋁基復合材料較為常用的兩種增強顆粒，SiC和B4C顆粒 均具有高硬度、高強度和耐磨的優(yōu)點;此外，B 4C顆粒還因具有良好的中子吸收能力，使得B4C 顆粒增強鋁基復合材料在核工業(yè)具有很好的應用。
[0003] 攪拌鑄造法具有所需設備簡單、操作方便、成本低、生產(chǎn)效率高的特點，同時適合 于大規(guī)模大批量的工業(yè)生產(chǎn)，是最具發(fā)展?jié)摿Φ腜AMCs制備方法，受到研究者的高度關注。 但是，在利用攪拌鑄造法制備顆粒增強鋁基復合材料的過程中，由于鋁合金熔體表面極易 氧化形成氧化膜，且顆粒與鋁合金熔體的潤濕性較差，導致顆粒加入到鋁合金熔體后容易 出現(xiàn)分布不均勻的現(xiàn)象；同時，由于SiC和B 4C顆粒還會與熔體發(fā)生化學反應，生成大量有害 的界面反應物如A14C3、A1 3BC和A1B2。研究表明，增強顆粒分布不均勻及大量的界面反應物 都將嚴重降低PAMCs熔體質量及材料的力學性能。
[0004] 文南犬Oxidation treatments for SiC particles used as reinforcement in aluminum matrix composites(Composites Science and Technology 2004,64,1843-54) 指出SiC顆粒與鋁合金熔體潤濕后，SiC顆粒與液態(tài)鋁發(fā)生了化學反應，且生成的界面反應 物A14C 3的含量隨熔體保溫時間的延長而顯著增加，導致結合界面發(fā)生脆變;文獻Effect of titanium on microstructure and fluidity of AI-B4C composites(Journal of Materials Science 2011,46,3176-85)表明750°C高溫條件下B4C顆粒易于鋁液反應并產(chǎn) 生大量有害的界面反應物如AhBC和A1B 2,嚴重降低了復合材料恪體的質量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有顆粒增強鋁基復合材料攪拌鑄造制備過程中SiC或 B4C顆粒潤濕性差、分布不均勻、易生成有害界面反應物的問題，提供一種顆粒混合增強鋁 基復合材料的制備方法，原材料成本低、來源方便、制備工藝簡單;得到的顆粒混合增強鋁 基復合材料增強顆粒分布均勻、有害界面反應物少、力學性能優(yōu)良。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述制備方法得到的顆?；旌显鰪婁X基復合材料。
[0007] 本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：
[0008] -種顆?；旌显鰪婁X基復合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0009] (1)稱取鋁合金原料、碳化物顆粒、K2TiF6顆粒、Ti顆粒，將碳化物顆粒和K2TiF 6顆 粒置于干燥箱中干燥;所述碳化物顆粒為SiC顆粒或B4C顆粒；
[0010] 其中，碳化物顆粒的質量為鋁合金原料的5~15% ;Ti顆粒的質量為鋁合金原料的 0.4~2% ;碳化物顆粒與K2TiF6顆粒的質量比為1:0.3~0.7;
[0011] (2)將碳化物顆粒與1(21^化顆?；旌暇鶆蚝螅尤隩i顆?；旌现辆鶆?，得到增強顆 ?；旌衔?；
[0012] (3)對鋁合金原料進行熔煉，得到鋁合金熔體；
[0013] (4)在攪拌條件下將步驟(2)得到的增強顆粒混合物添加到鋁合金熔體中，均勻化 攪拌、除去表面夾渣，得到顆粒混合增強鋁基復合材料。
[0014] 步驟(4)所述在攪拌條件下將步驟(2)得到的增強顆粒混合物添加到鋁合金熔體 中，均勻化攪拌、除去表面浮渣，得到顆?；旌显鰪婁X基復合材料，具體為：
[0015] (4-1)將鋁合金熔體溫度控制在780~850°C，并將攪拌速度控制在350~450rpm， 將步驟(2)得到的增強顆?；旌衔飫蛩偌尤霐嚢栊纬傻匿鰷u中，完成增強顆粒的添加；
[0016] (4-2)將鋁合金熔體溫度降至700~730°C，調(diào)整攪拌速度為200~350rpm，均勻化 攪拌20~40min，除去表面浮渣，得到顆?；旌显鰪婁X基復合材料。
[0017] 所述碳化物顆粒的平均粒徑為5~50μηι;所述Ti顆粒平均粒徑為20~50μηι。
[0018] 所述步驟(1)所述干燥，具體為：
[0019] 在180~220 °C下干燥1~2h，脫除顆粒表面吸附的水分。
[0020] 步驟(3)所述對鋁合金原料進行熔煉，具體為：
[0021] 對鋁合金原料的表面進行清潔，采用電阻爐進行熔煉，然后在720~740°C進行常 規(guī)精煉。
[0022] 所述鋁合金原料包括純鋁塊和普通鋁合金塊。
[0023] 所述的顆?；旌显鰪婁X基復合材料的制備方法得到的顆?；旌显鰪婁X基復合材 料，碳化物顆粒的含量為鋁合金的5~12vol. % ;Al3Ti顆粒的含量為鋁合金的1~5vol. %。 [0024] 本發(fā)明的原理為:通過添加 K2TiF6及Ti顆粒促進SiC或B4C顆粒與鋁合金熔體潤濕 及均勻分布，減少制備過程中顆粒的分解及界面反應物的生成，同時利用原位反應法生成 TiAl3顆粒與SiC或B4C顆粒進行混合增強，從而提高PAMCs熔體質量及材料的力學性能；
[0025] 本發(fā)明的制備方法，制備過程中涉及化學反應如下：
[0026] Ti+3Al^Al3Ti (1)
[0027] 4Al+3SiC^Al4C3+3Si (2)
[0028] Al4C3+3Ti^3TiC+4Al (3)
[0029] 9A1+2B4C^2A13BC+3A1B2 (4)
[0030] AlB2+Ti^TiB2+Al (5)
[0031] 3Al3Ti+B4C^2TiB2+TiC+9Al (6)
[0032] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果：
[0033] 1、本發(fā)明采用液態(tài)攪拌鑄造法，將SiC或B4C顆粒、K2TiF6和Ti顆粒的混合物一次性 攪拌加入，設備簡單操作方便，實現(xiàn)了顆?；旌显鰪姀秃喜牧系母咝е苽?。
[0034] 2、本發(fā)明利用原位反應法涉及上述化學反應（1)制得Al3Ti顆粒，顆粒尺寸小、分 布均勻、增強效果良好，既提高了鋁合金基體的抗拉強度，又保持了基體材料較好的塑性。
[0035] 3、本發(fā)明利用K2TiF6去除了鋁合金熔體表面的氧化膜和熔體中卷入的氣體，有效 地提高了 SiC或B4C顆粒與鋁合金熔體的潤濕性，防止了顆粒-氣孔團的產(chǎn)生，使得顆粒分布 均勻，制備的復合材料孔隙率保持在較低的水平。
[0036] 4、本發(fā)明Ti顆粒與界面反應物發(fā)生上述化學反應(3)和(5)，有效減少了上述化學 反應(2)和(4)產(chǎn)生的有害界面反應物Al4C3和A1B2的含量，同時反應生成的TiC和TiB 2具有 細化鋁合金基體材料晶粒的作用。
[0037] 5、對于B4C增強顆粒，上述化學反應(6)生成的TiB2以層狀包覆在B4C顆粒表面，阻 止了 B4C顆粒與鋁液發(fā)生上述化學反應(4)，有效防止了 B4C顆粒的分解和有害界面反應物的 產(chǎn)生；同時TiB2層還增強了B4C顆粒與鋁合金基體的界面結合強度。
[0038] 6、本發(fā)明原材料成本低、來源方便、制備工藝簡單，制備的復合材料具有顆粒分布 均勻、力學性能良好，可以進行液態(tài)鑄乳、壓鑄、連鑄、熔模鑄造等后續(xù)成型加工。
【附圖說明】
[0039] 圖1(a)為本發(fā)明的實施例1的顆?；旌显鰪婁X基復合材料組織放大150倍數(shù)的掃 描電鏡照片。
[0040] 圖1(b)為本發(fā)明的實施例1的顆?；旌显鰪婁X基復合材料組織放大300倍數(shù)的掃 描電鏡照片。
[0041] 圖2(a)為本發(fā)明的實施例1的顆?；旌显鰪婁X基復合材料組織的透射電鏡照片。 [0042]圖2(b)為本發(fā)明的實施例1的顆粒混合增強鋁基復合材料的連續(xù)的TiB2層的多晶 電子衍射花樣。
[0043] 圖3(a)為本發(fā)明的實施例2的對照組的掃描電鏡照片。
[0044] 圖3(b)為本發(fā)明的實施例2的顆粒混合增強鋁基復合材料組織的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0045] 下面結合實施例，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0046] 實施例1
[0047] 本實施例制備的（B4C，Al3Ti)/Al顆?；旌显鰪婁X基復合材料，其中B4C顆粒為 8vol. % (相對于錯基體，下同），AhTi顆粒為3vol. %。
[0048]所用原料如表1所示。
[0049] 表 1
[0052]本實施例的顆?；旌显鰪婁X基復合材料的制備過程如下：[0053] (1)顆粒預處理
[0050]
[0051]
[0054] 分別將B4C和K2TiF6顆粒在200°C條件下保溫2h脫除水分，然后將10wt.%的B4C顆 粒與K2TiF6顆粒按質量比為1:0.5進行均勾混合，再與稱取1.2wt