[发明专利]基于电渣重熔法的原位内生铝基复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种金属基复合材料技术领域的制备方法，具体是一种基于电渣重熔法的原位内生铝基复合材料制备方法。

背景技术

目前，在制备铝基复合材料技术领域，混合盐反应法(LSM)是一种典型的原位自生反应制备颗粒增强铝基复合材料的方法。该方法是通过向铝熔体中加入混合盐，经原位自生反应在基体内部生成TiB₂增强颗粒。制备的铝基复合材料增强颗粒尺寸细小，在基体中分布较为均匀，复合材料的力学性能和基体比较基体有较大提高，且工艺简单，成本低。

对现有技术的文献检索发现，J.V.Wood在《Key Engineering Materials》(《关键工程材料》)杂志1993年第77卷第8期357-362页发表的文章“Development of Cast Aluminum MMCS(铝基复合材料的发展概况)”，该文中提出采用混合盐法制备铝基复合材料，一般工艺是将K₂TiF₆(氟钛酸钾)和KBF₄(氟硼酸钾)混合盐加入过热到750℃以上的铝熔体中进行搅拌，使其发生原位反应，除去生成的盐渣，浇铸冷却后即可获得TiB₂颗粒增强铝基复合材料。虽然用此法可制备一定颗粒含量的复合材料，但是并不能保证整个反应过程中混合盐与铝液的充分接触而完全反应，且反应所需时间长，生成的盐渣难以去除，且夹在铝基体中严重影响材料性能。虽然通过机械搅拌可以促进盐反应的进行，但强烈搅拌会使熔体卷气体量增加，铸造性能变差。关于如何采用合理的工艺手段去解决传统混合盐法制备铝基复合材料所带来的上述问题却未见报道。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于电渣重熔法的原位内生铝基复合材料制备方法，在传统混合盐法的基础之上，采用电渣重熔技术制备铝基复合材料。采用基本渣料与氟硼酸钾混合氟钛酸钾一起作为渣剂，纯铝和铝合金熔化后通过熔融的渣池，与混合氟盐充分接触发生反应，生成TiB₂颗粒，由于TiB₂颗粒与铝液的润湿性比与渣剂的润湿性好，反应生成的液态渣与铝熔体完全分离，待整个反应结束后，冷却即可得到优质铝基复合材料。

本发明通过以下技术方案实现：通过分别将纯铝及铝合金浇注成自耗电极棒后放入电渣炉内，与含有基本渣料、氟钛酸钾和氟硼酸钾的渣剂混合后进行电渣重熔，反应结束冷却得到原位内生铝基复合材料。

所述的铝合金是指：牌号分别为2014铝合金和铝硅铸造合金A356；

所述的渣剂中基本渣料的质量与氟钛酸钾和氟硼酸钾的质量和的比例为：0.2～2.5；

所述的基本渣料为下列组合物中的任意一种：

a)组分及其质量百分比为：35～45％KCl、35～45％NaCl、5～15％CaF₂以及10～20％Na₃AlF₆；

b)组分及其质量百分比为：20～30％KCl、20～30％NaCl、15～35％MgCl₂以及15～25％Na₃AlF₆；

c)组分及其质量百分比为：20～30％NaCl、30～40％MgCl₂、5～15％MgF₂以及30～45％Na₃AlF₆；

d)组分及其质量百分比为：30～40％KCl、5～15％CaF₂、10～25％NaNO₃以及20～35％Na₃AlF₆。

所述电渣重熔的电流为400～1200A，电压为40～70V。

与现有技术相比，本发明可使混合盐反应的时间缩短一半以上，铝液逐滴进入渣池有效地增大了铝熔体与混合盐的接触面积，电渣重熔过程中产生的电磁搅拌作用可以促进了盐反应的充分进行，避免了直接搅拌铸造工艺带来的卷气等弊端；同时所配的渣料本身具有精炼作用，反应生成的液渣与铝熔体明显分离，解决了传统方法中除渣困难的问题。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

将工业纯铝按照要求浇注成圆柱形自耗电极棒，直径为0.3～0.8倍结晶器内径，长度为1.5～2.5倍结晶器高度；然后将铝合金自耗电极棒放入电渣炉内，加入基本渣料：