[发明专利]一种用于制备局部增强铝基复合材料的石墨模具

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备局部增强铝基复合材料的石墨模具，属于金属基复合材料制备技术领域。

背景技术

目前，铝基复合材料被广泛地应用在航空航天、汽车交通和电子元器件等技术领域，其增强相主要是以SiC、TiC、Al₂O₃等陶瓷颗粒为主的整体增强颗粒。一方面，这些整体增强颗粒在型腔内反应剧烈、难于控制；另一方面，这些整体增强颗粒虽有利于提高复合耐磨器件的整体耐磨性能，但却降低了复合耐磨件的整体韧性，而且，使得不需要增强体的部位也出现了增强颗粒，从而导致增强相的浪费，提高了铝基复合耐磨件的生产成本、降低了其整体性能、限制了其应用范围。

碳化钛（TiC）的化学和物理性质稳定，具有极高的熔点、硬度和强度，以及优异的耐磨、耐蚀性和导电性能，是一种极具潜力的以抗磨料磨损为应用的颗粒增强金属基复合材料的硬质相，主要用来制备金属陶瓷、耐热合金和硬质合金，并广泛用于耐磨材料、切削刀具、磨料模具、熔炼金属坩埚以及粉末冶金等领域。传统的TiC制备采用的是碳热还原法，该方法是将Ti或TiO₂与C的混合物置于真空的石墨管式炉内加热，在2200℃以上的高温下进行碳化，存在装置复杂、反应时间长、能耗高、产品含碳量低及纯度低等不足。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于制备局部增强铝基复合材料的石墨模具，以解决上述的技术问题。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种用于制备局部增强铝基复合材料的石墨模具，其特征在于：包括石墨模具体和紧固铁框；所述石墨模具体为一长方体结构，其内部设有两个圆柱形结构的铝熔体填充室，两个铝熔体填充室之间设有铝熔体浇入口，所述铝熔体浇入口通过铝熔体通道与两侧的铝熔体填充室相连通；所述两个铝熔体填充室的底部分别设有透气孔，所述透气孔上方设有石英砂垫体，所述两个透气孔内都插有钨铼热电偶，所述钨铼热电偶的顶端贯穿石英砂垫体；所述紧固铁框套在石墨模具体的外部，并通过紧固螺钉紧固。

有益效果：与现有技术相比，本发明结构简单，使用该石墨模具所制备的合成颗粒局部增强铝基复合材料具有反应迅速、工艺简单、填充性好、基体与增强颗粒结合紧固、整体性能优良等特点，可节省较昂贵的增强相而实现“好钢用在刀刃上”的目的。

 附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中所述紧固铁框的结构示意图。

 具体实施方式

以下参考具体实施方式，对本发明做进一步的说明。

参照图1、图2，本发明所述用于制备局部增强铝基复合材料的石墨模具，包括石墨模具体1和紧固铁框5。所述石墨模具体1为一长方体结构，其内部设有两个圆柱形结构的铝熔体填充室4，两个铝熔体填充室4之间设有铝熔体浇入口2，所述铝熔体浇入口2通过铝熔体通道3与两侧的铝熔体填充室4相连通。所述两个铝熔体填充室4的底部分别设有透气孔8，所述透气孔8上方设有石英砂垫体7，所述两个透气孔8内都插有钨铼热电偶9，所述钨铼热电偶9的顶端贯穿石英砂垫体7。所述紧固铁框5套在石墨模具体1的外部，并通过紧固螺钉10紧固，紧固铁框5的作用是用来将石墨模具紧固以防止反应，发生铝熔体渗漏。

使用本发明所述石墨模具制备局部增强铝基复合材料的具体操作方法，包括以下步骤：

1、备料，以Al粉、Ti粉、石墨粉和纯Al块为原料，Al粉、Ti粉、石墨粉按照一定比例配制成Al-Ti-C混合粉末，将Al-Ti-C混合粉末进行球磨，使其混合均匀；

2、再将混合均匀的Al-Ti-C混合粉末压制成直径为20 mm、厚度为15 mm、相对密度为65±3%的圆柱状的预制坯块6，将该预制坯块6放入石墨模具体1的两个铝熔体填充室4中，如图1所示；并将预制坯块6与石墨模具体1共同预热至500℃；

3、将纯Al块放在坩埚电阻炉中熔炼，然后，将高温纯Al液通过铝熔体浇入口2快速浇入石墨模具体1的两个铝熔体填充室4中，高温纯Al液的强大热量引燃预制坯块6，发生剧烈的合成反应，并放出大量的热量；整个反应迅速而激烈，同时高温纯Al液在反应产物间快速浸渗、扩散和填充，并与反应生成的TiC颗粒紧密结合，得到具有局部TiC增强颗粒的局部增强铝基复合材料。

所述局部增强铝基复合材料经抛光腐蚀后用XRD衍射仪（型号D/Max 2500PC）进行物相鉴定，XRD鉴定结果表明该局部增强区合成产物的主晶相为TiC和Al。

所述局部增强铝基复合材料的组织形貌观察使用场发射扫描电镜FE-SEM （型号Sirion 200），组织形貌观察结果表明局部增强区合成的TiC颗粒，形态完整，且与基体相结合紧密、与熔体区过渡自然。