[发明专利]一种利用内生纳米TiB2颗粒强化铝合金的方法

说明书

本发明涉及一种利用内生纳米TiB₂颗粒强化铝合金的方法，包括以下步骤：(1)含有内生纳米TiB₂颗粒的强化剂的制备；(2)未强化合金的制备；(3)内生纳米TiB₂颗粒强化剂强化处理铝合金；(4)强化后的铝合金热处理；该技术方案步骤较为简单，方案合理，TiB₂纳米颗粒在熔体内分散均匀。经过强化处理后的铝合金的屈服强度、抗拉强度、塑性等都有较为明显的提高。强化后铝合金具有高强韧性。这一强化技术方案强化效果好，少量强化剂的加入即可使铝合金的拉伸性能大幅提高，这一技术方案为铝合金的薄壁轻量化提供了新的技术途径和解决思路，可以广泛应用于汽车、航空航天等领域，具有重要的实际生产应用价值。

技术领域

本发明涉及铝合金加工和铝合金零部件制备领域，具体涉及一种利用内生纳米TiB₂颗粒强化铝合金的方法。

背景技术

近几年，随着汽车、轨道交通以及航空航天领域的不断发展，对于所需的材料性能的要求也越来越高。在对于材料质轻的要求的同时，还需要合金材料保持较高的力学性能。由于在现代运输业的应用中，材料往往会受到冲击载荷等因素的作用，通常情况下未经强化处理的铝合金的综合性能较差，易引发疲劳、断裂等。因此，在此基础上考虑向金属熔体内添加一种强化剂。对于铝合金来说，含有内生纳米陶瓷颗粒的金属陶瓷复合是一种较为理想的强化剂。纳米TiB₂陶瓷颗粒具有比强度高、熔点高、硬度高、耐腐蚀性较好以及电导率较高等特点，然而通常情况下陶瓷颗粒与铝基体的润湿性较差，传统铸造方法无法使纳米颗粒较好地分散于铝基体中，容易造成纳米颗粒的团聚。在铝基体中，引入纳米尺寸的TiB₂陶瓷颗粒，采用Al-Ti-B体系作反应体系，利用燃烧合成反应在铝基体中制备原位内生纳米尺寸的陶铝复合材料作为铝合金的一种强化剂，其中纳米TiB₂陶瓷颗粒分散均匀，可以作为强化剂用于铝合金的强化。采用内生纳米陶瓷颗粒强化铝合金的方法可以使陶瓷颗粒在熔体中分散均匀，有利于铝合金的强化。内生纳米TiB₂颗粒陶铝复合中的纳米TiB₂陶瓷颗粒作为一种纳米级的增强相，在复合中分散均匀，纳米颗粒彼此被金属间隔，不团聚。纳米颗粒在铝合金中可以通过细晶强化、奥罗万强化、钉扎晶界、热错配强化等强化铝合金。通过加入纳米颗粒强化铝合金可以增加铝合金的强韧性，有着重要的实际应用价值。纳米颗粒还可以提高铝合金的室温、高温性能，以及抵抗冲击载荷、抗疲劳、抗蠕变等性能，从而使得铝合金的应用领域进一步扩展，提高铝合金零部件的使用寿命，降低使用成本。纳米颗粒对铝合金性能的高效强化也为铝合金的薄壁轻量化提供了新的途径和思路，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利用内生纳米TiB₂颗粒强化铝合金的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种利用内生纳米TiB₂颗粒强化铝合金的方法，包括如下步骤：

(1)含有内生纳米TiB₂颗粒的强化剂的制备：

(1a)硼粉球磨活化预处理：将硼粉放入球磨罐中，用球磨机将硼粉以200～ 300r/min的速度球磨活化处理1～3h；

(1b)反应压坯的制备：

i、称取所需的粒度13～48μm的铝粉，球磨处理后粒度为0.5～1μm的硼粉以及粒度为13～45μm的钛粉，粒度为45μm的铜粉备用；

ii、将铝粉、钛粉、硼粉、铜粉按以下几种配比配制成100g混合粉末制成 Al-Ti-B-Cu压坯，其中，Ti/B质量比为2.22:和1.85:1；Ti/B摩尔比为1:2和 1:2.4；铝粉的含量为85～75wt.％；钛粉含量为6.88～13.77wt.％；硼粉含量为 3.12～7.03wt.％；铜粉的含量为0～5wt.％，具体如下：