[发明专利]一种铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种复合材料的制备方法，更具体地说，是关于一种铝基复合材料的制备方法。

背景技术

铝基复合材料具有比强度、比模量高，耐高温、耐磨损以及热膨胀系数小、尺寸稳定等优异的物理性能和力学性能，在航空航天、军事国防领域以及汽车、电子仪表等行业中有着广泛的应用。根据参与合成增强相的两反应组分存在的状态不同，所述铝基复合材料的制备方法主要包括气-液、固-液、固-固三种反应模式。

气-液反应法，也称VIS法。该工艺原理是将惰性气体作为载体，将含有C或N的气体通入高温合金液中，使气体分解中的C或N与合金液反应，在合金基体中形成细小的、弥散的、稳定的、高硬度、高弹性模量的碳化物或氮化物，冷却凝固后生成热力学稳定的含有陶瓷颗粒增强相的金属基复合材料。

固-液反应法，该方法是由金属直接氧化法(DIMOXTM)和金属无压浸渗法(PRIMEXTM)两者组成。DIMOXTM法为将金属及其合金在熔融条件下氧化来制备含有陶瓷颗粒增强相的金属基复合材料。

PRIMEXTM法使用的是非氧化性气体，在此工艺中，同时发生两个过程：一是液态金属在环境气氛的作用下向陶瓷预制件中的渗透；二是液态金属与周围气体的反应而生产新的增强粒子。研究发现，原位形成的AlN的数量和大小主要取决于Al液的浸透速度，而Al液的浸透速度又与环境气氛中N₂分压、熔体的温度和成分有关，因此，复合材料的组织和性能容易通过调整熔体的成分、N₂的分压和处理温度而得到有效的控制。

XDTM法，该方法是由美国Martin Marietta实验室发明。它是将两个固态的反应元素粉末和金属基体粉末混合均匀并压实除气后，将压坯快速加热到金属基体熔点以上的温度，反应剂元素在熔体中发生放热化学反应，生成增强相陶瓷粒子。用此工艺技术制备复合材料，增强相被液态金属润湿，界面结合牢固，正成为当前复合材料研究的一个热点。但过于细小的颗粒会大大增加熔体的粘度，因此，难以将该材料进一步铸造成型。

固-固反应法，也称机械合金化法(Mechanical Alloying)，该方法是将不同的粉末在高能球磨机中球磨，粉末经挤压发生变形，原子间扩散或进行固态反应而形成合金。

CN1740354A公开了一种原位颗粒增强耐高温铝基复合材料的制备方法，采用该方法得到的原位颗粒增强耐高温铝基复合材料的组分及重量百分比为：11-13％Si，0.5-1.5％Mg，0.8-1.3％Cu，0.8-1.5％Ni，1-20％TiB₂，余量为Al；该制备方法包括以下步骤：

(1)在坩锅中加入ZL102合金和Al-Si中间合金或工业纯铝，熔化后升温，用覆盖剂覆盖，覆盖剂采用铝合金精练无钠覆盖剂；

(2)将KBF₄和KTiF₆均匀混合，烘干后加入熔体中，进行机械搅拌；

(3)反应结束后，取出副产物，加入工业纯Mg、Al-Ni和Al-Cu中间合金，扒去浮渣，抽真空静置；

(4)装配中隔板，升液管，模具，低压成型。

采用该方法得到的铝基复合材料在低压成形后制品的力学性能不理想，在将该材料通过高压压铸成型后，制品的抗拉强度和弹性模量等性能较差。

发明内容

本发明的目的是克服将采用现有制备方法得到的铝基复合材料压铸成型后得到的制品力学性能不理想的缺陷，提供一种使压铸成型得到的制品具有良好力学性能的铝基复合材料的制备方法。

本发明提供了一种铝基复合材料的制备方法，其中，该方法包括将熔融态的铝与KBF₄、K₂TiF₆和TiO₂混合均匀，然后降温至500-600℃反应，再升温使上述混合物至熔融状态继续反应，除去副产物，得到铝基复合材料前体，使所述铝基复合材料前体维持在熔融状态，并将该熔融态的铝基复合材料前体与镁、铜混合。

由采用本发明提供的方法得到的铝基复合材料压铸成型得到的制品三角支架的抗拉强度、屈服强度、断裂伸长率以及弹性模量等参数均得到显著提高，说明采用本发明的方法得到的铝基复合材料制得的制品的力学性能良好，尤其在采用高压压铸成型后得到的制品的力学性能更优异。

具体实施方式