[发明专利]一种具有均匀细小等轴晶粒的铝基复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有微米颗粒强化和均匀细小等轴晶组织的金属基复合材料的制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

金属细小等轴的晶粒结构可以提高材料的力学性能和工艺性能，综合文献报道：常见的晶粒细化途径有以下几种：

第一是加入晶粒细化剂。

第二是在凝固过程中施加强烈搅拌。机械搅拌会污染熔体，而电磁搅拌设备大，成本高，同时两种方法都会造成铝液吸气；

第三是采用大变形加工的方法，通过对铸态试样进行大变形处理，多道次挤压或者轧制，促进晶粒细化；

第四是在高温下向熔体中引入形核剂，通过增加形核数量的途径来生成等轴晶。常用的晶粒细化剂有以下几种：

Al-Ti-C-(RE0.3-0.5wt.％)系，不足之处在于铝熔体与碳不润湿，合金化困难，工期长，能耗大；

Al-RE(0.3-0.5wt.％)系，稀土活性高，收得率难以控制，熔炼难度大；

Al-Ti-B系，不足之处在于熔炼中间合金温度高，因为TiB₂是高温稳定相，熔炼温度一般要超过1000℃，此时部分生成的Al₃Ti会长成细长条状，会割裂基体，影响细晶效果；

Al-Ti系，不足之处在于生成的Al₃Ti形貌难以控制，容易长成长条状，影响细晶效果。

本发明利用一定配方的混合盐制备新型金属间化合物强化的铝基复合材料，颗粒可以作为基体强化相，同时促进凝固时细小等轴晶的生成，二者同时作用，适于制备高强度铝基复合材料。而且具有熔炼周期短、效率高的优势，对实验室和工业制备都适用。文献检索表明：与该技术相关的发明专利有：中国发明专利200410067790.1提出用KBF₄和K₂TiF₆复合盐在700-850℃温度下保温30-60min，铸态组织有均匀细小等轴晶特征。本发明与其不同之处在于：

(1)复合盐种类不同，复合体系和内生颗粒相种类有差异。

KBF₄和K₂TiF₆生成的颗粒相种类为：取850℃上限时是TiB₂，低于850℃时是TiB₂和Al₃Zr的混合相；而本发明选用的K₂ZrF₆和K₂TiF₆反应组元，不是用K₂ZrF₆简单替换KBF₄，而是选择与K₂TiF₆性质近似的氟盐K₂ZrF₆(Ti、Zr同属IVB族)，意在制备一种新型的AlTiZr系颗粒增强铝基复合材料，以一种新型的金属间化合物AlTiZr作为铝熔体中内生相；

(2)合成温度更低，有利于提高铝熔体质量，节省能量，并缩短冶炼时间，更适合工业制备。

合成温度是复合材料制备中的重要参数。用KBF₄和K₂TiF₆混合盐制备复合材料，合成温度在700-850℃，上限温度高，与铝/铝合金熔点相比，过热达到170-180℃，易加重铝熔体高温时的吸气和夹杂生成，污染铝液，降低铝液质量。所以在保证细晶效果同时，更低的熔炼温度是有利的。本发明选用的K₂ZrF₆和K₂TiF₆混合盐，适宜合成温度在700-750℃，上限温度低，与铝/铝合金熔点相比，过热仅为70-80℃，对提高铝液质量有利。而且，在较低温度下熔炼有助于节省加热能量。更为重要的一点，700-750℃的合成温度范围也是铝熔体的浇注温度范围，合成结束后不需要等待，就可以直接进行浇注，有助于缩短冶炼时间，提高生产效率。

(3)合成时间更短，有利于缩短熔炼周期，更适合工业制备。