[发明专利]微纳米混杂TiC-TiB2颗粒强化高性能铝合金制备方法

说明书

本发明涉及一种微纳米混杂TiC‑TiB₂颗粒强化高性能铝合金制备方法，包括以下步骤：(1)B₄C粉的预处理；(2)反应压坯的制备；(3)压坯烧结原位反应致密化；(4)烧结态压坯的均匀化处理；(5)热挤压塑性成型；(6)挤压态材料热处理。本发明的技术方案，在金属中同时引入纳米尺寸和微米尺寸陶瓷颗粒，利用原位内生技术在金属中一步原位内生制备出纳米尺寸陶瓷颗粒和微米尺寸陶瓷颗粒，并使其均匀分散于铝合金基体中，获得从低体积分数到高体积分数增强相多含量变化并均匀分散的纳米颗粒和微米颗粒混杂强化的高性能铝合金材料，该材料具有超强的强韧性，具有重要的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及铝合金加工领域，具体涉及微纳米混杂TiC-TiB₂颗粒强化高性能铝合金制备方法。

背景技术

随着我国经济社会的迅猛发展，航天航空、机械制造等高水平、高精尖科学技术的快速进步，对机械精密化、智能化、材料强韧化、轻量化方面提出了更为严苛的要求。同时，节能减排、绿色工业转型、资源循环高效利用也一直是政府和社会积极倡导和呼唤的制造业主旋律。陶瓷颗粒强化铝合金材料应运而生，因其质量轻、高强韧性、高塑性、优良的耐磨性和耐蚀性、成本低廉、加工性能好等优点，而在制造业中得到广泛关注和使用。目前，颗粒强化铝合金材料的研究已经很多，但是陶瓷颗粒种类，制备方法以及复合材料基体的选择都有可能对材料组织、物理及力学性能产生一定的影响。纳米级的陶瓷颗粒加入铝基体明显提高材料强度的同时也较好的保留了材料的延展性。但是，由于纳米颗粒表面具有高不饱和性和不稳定性，往往会导致纳米颗粒的团聚，这极大限制了纳米颗粒的应用领域和强化效果。单相原位陶瓷颗粒增强金属基复合材料面临的最大问题就是如何避免由形核核心种类单一引发的部分颗粒团聚或过度生长。通过燃烧合成和热挤压方法制备的复合材料具有明显优点，诸如TiC/Al、TiB₂/Al间界面整洁，合成的粒子分散良好。此外，通过这种方法也能控制合成增强陶瓷颗粒的尺寸和形貌。两种不同类型不同尺寸陶瓷颗粒对铝合金的形核和晶粒生长过程产生协同效应，因此在Al-Ti-B₄C反应体系中合成的原位内生双相增强陶瓷颗粒是制备具有更精细和均匀分布多尺度的TiC-TiB₂颗粒强化铝合金材料的不错选择。该材料具有超强的强韧性，具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种微纳米混杂TiC-TiB₂颗粒强化高性能铝合金制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现。

一种微纳米混杂TiC-TiB₂颗粒强化高性能铝合金制备方法，包括以下步骤：

(1)B₄C粉的预处理：将0.5-3μm B₄C粉放入混料罐中，球料比设置为100:1，将混料机的球磨速度设置为200-300r/min，球磨时间为1-3h；

(2)反应压坯的制备：

1a.称取所需的13-75μm Al合金粉、13-48μm Ti粉和经球磨预处理的 0.5-3μmB₄C粉备用；所用铝合金粉成分为Al:0.9294；Cu:0.047；Mg:0.0032； Si:0.0044；Fe:0.0053；Ti:0.0011；Mn:0.0065；Cr:0.0008；Zn:0.0023；

1b.反应压坯成分为Al合金粉：60-95wt.％；Ti粉：3.609-28.872wt.％； B₄C粉：1.391-11.128wt.％；反应压坯中Ti粉和B₄C粉质量比为：2.595:1；将不同配比不同粒度Al合金粉、Ti粉和经球磨预处理的B₄C粉按以下五种配比配制成 100g混合粉末，分别如下：