[发明专利]原位混杂TiC、AlN颗粒增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝基复合材料技术领域，具体地说，是一种原位混杂颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

铝基复合材料具有高比强度和高比刚度，在航空航天、国防等领域有着广泛的应用前景。传统的铝基复合材料的制备方法是将增强颗粒外加到铝基体中，由于存在着增强颗粒与基体浸润性差，界面反应难以控制，增强颗粒分布不均匀等缺陷，影响了铝基复合材料的性能。同时采用外加颗粒的制备工艺复杂，成本较高，不利于推广应用。经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为: 1376805，公开日为：2002.10.30，发明名称为:一种高强度原位铝基复合材料，该方法的原料是铝或铝合金、Ti0₂和B粉末，经过混粉、冷压，烧结和挤压四个步骤实现材料的制备，存在原料成本高，工艺复杂，无法实现大规模生产等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种原位混杂颗粒增强铝基复合材料，颗粒在基体中分布均匀，表面干净，与基体的界面结合良好，具有明显的强化作用，提高了材料的强度和模量。其制备工艺简单，原料成本低，适于大规模的工业生产。

本发明的原位混杂颗粒增强铝基复合材料中，各组分的质量百分比为: Cu 3～9%、Mg O.2～3%、TiC O.1～20%、AlN O.1-10%，余量为Al。

本发明的原位混杂TiC、AlN颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其包括以下步骤:

(1)在坩埚中加入工业纯铝，使其熔化，升温到950～1150℃， 

(2)将Al、Ti、C粉末以质量比1：4-8：1-4均匀混合，采用N₂通过石英管将混合粉末喷入铝熔体中，同时进行机械搅拌，

(3)加入Al-Cu中间合金和 Mg，通入惰性气体精炼，扒去浮渣，于660～780℃静置10～40min，其中Al-Cu中间合金中含铜量50%，

(4)浇注到模具中，得到原位混杂增强铝基复合材料。

步骤（2）所述的N₂流量为100～800ml/min。

步骤（2）所述混合粉末的输送速度100～500g/min。

步骤（2）所述的机械搅拌，搅拌速度为200～600rpm，搅拌时间为10～80min。

步骤（3）通入Ar气精炼，气体流量为5-20 l/min  精炼时间为 10-30min。

本发明原位混杂TiC、AlN颗粒增强铝基复合材料的制备方法中：步骤（1）纯铝，步骤（2）Al、Ti、C混合粉末，步骤（3）Al-50%Cu中间合金以及Mg的质量比依次为90-95：0.2-30:6-18:0.2-13。

本发明利用AI-Ti-C反应在铝基体中生成TiC和N₂气在铝基体中反应生成AlN来制备原位混杂增强铝基复合材料。原位生成的TiC和AlN颗粒在基体中分布均匀，颗粒表面干净，与基体的界面结合良好，可通过控制反应温度、反应时间来调控颗粒的尺寸。TiC和AlN颗粒在基体中起到明显的强化作用，提高了材料的强度和模量。混杂增强可以改善单一增强体的不足，使各种增强材料的不同性质相互补充，产生混杂效应同时可以提高增强体的含量，进一步提高材料的性能。这种制备方法工艺简单，原料价格低廉，适合规模化工业生产，制备的复合材料具有良好的力学性能，可以广泛应用于航空航天、国防、交通运输等领域。

附图说明

图1为本发明复合材料增强相XRD图谱。

具体实施方式

下述实施例是对于本发明内容的进一步说明以作为对本发明技术内容的阐释，但本发明的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本发明实质精神的简单变化或替换均应属于本发明所要求的保护范围。

实施例1

本实例所得原位混杂TiC、AlN颗粒增强铝基复合材料的组分及其质量百分比为: Cu 3%、Mg 0.2%、TiC 0.1%、AlN O.1%，余量为Al。

制备过程如下: