[发明专利]一种颗粒混合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的制备领域，特别涉及一种颗粒混合增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料PAMCs(Particle reinforced aluminum matrix composites，简称PAMCs)具有比强度高、比刚度高、良好的耐磨性和减震性等优点，并且可通过改变增强颗粒的种类、含量、尺寸等实现不同的力学性能和使用性能，近年来得到了较快的发展。SiC和B₄C颗粒是颗粒增强铝基复合材料较为常用的两种增强颗粒，SiC和B₄C颗粒均具有高硬度、高强度和耐磨的优点；此外，B₄C颗粒还因具有良好的中子吸收能力，使得B₄C颗粒增强铝基复合材料在核工业具有很好的应用。

搅拌铸造法具有所需设备简单、操作方便、成本低、生产效率高的特点，同时适合于大规模大批量的工业生产，是最具发展潜力的PAMCs制备方法，受到研究者的高度关注。但是，在利用搅拌铸造法制备颗粒增强铝基复合材料的过程中，由于铝合金熔体表面极易氧化形成氧化膜，且颗粒与铝合金熔体的润湿性较差，导致颗粒加入到铝合金熔体后容易出现分布不均匀的现象；同时，由于SiC和B₄C颗粒还会与熔体发生化学反应，生成大量有害的界面反应物如Al₄C₃、Al₃BC和AlB₂。研究表明，增强颗粒分布不均匀及大量的界面反应物都将严重降低PAMCs熔体质量及材料的力学性能。

文献Oxidation treatments for SiC particles used as reinforcement in aluminum matrix composites(Composites Science and Technology 2004,64,1843–54)指出SiC颗粒与铝合金熔体润湿后，SiC颗粒与液态铝发生了化学反应，且生成的界面反应物Al₄C₃的含量随熔体保温时间的延长而显著增加，导致结合界面发生脆变；文献Effect of titanium on microstructure and fluidity of Al–B₄C composites(Journal of Materials Science 2011,46,3176–85)表明750℃高温条件下B₄C颗粒易于铝液反应并产生大量有害的界面反应物如Al₃BC和AlB₂，严重降低了复合材料熔体的质量。

发明内容

本发明的目的在于针对现有颗粒增强铝基复合材料搅拌铸造制备过程中SiC或B₄C颗粒润湿性差、分布不均匀、易生成有害界面反应物的问题，提供一种颗粒混合增强铝基复合材料的制备方法，原材料成本低、来源方便、制备工艺简单；得到的颗粒混合增强铝基复合材料增强颗粒分布均匀、有害界面反应物少、力学性能优良。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法得到的颗粒混合增强铝基复合材料。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种颗粒混合增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取铝合金原料、碳化物颗粒、K₂TiF₆颗粒、Ti颗粒，将碳化物颗粒和K₂TiF₆颗粒置于干燥箱中干燥；所述碳化物颗粒为SiC颗粒或B₄C颗粒；

其中，碳化物颗粒的质量为铝合金原料的5～15％；Ti颗粒的质量为铝合金原料的0.4～2％；碳化物颗粒与K₂TiF₆颗粒的质量比为1:0.3～0.7；

(2)将碳化物颗粒与K₂TiF₆颗粒混合均匀后，加入Ti颗粒混合至均匀，得到增强颗粒混合物；

(3)对铝合金原料进行熔炼，得到铝合金熔体；

(4)在搅拌条件下将步骤(2)得到的增强颗粒混合物添加到铝合金熔体中，均匀化搅拌、除去表面夹渣，得到颗粒混合增强铝基复合材料。

步骤(4)所述在搅拌条件下将步骤(2)得到的增强颗粒混合物添加到铝合金熔体中，均匀化搅拌、除去表面浮渣，得到颗粒混合增强铝基复合材料，具体为：