[发明专利]一种细化陶铝复合材料中内生纳米TiB2颗粒的方法

说明书

本发明涉及了一种细化陶铝复合材料中内生纳米TiB2颗粒的方法，包括以下步骤:(1)硼粉球磨预处理；(2)含有细化元素的Al‑Ti‑B‑M反应体系的混合制备；(3)含有细化元素的Al‑Ti‑B‑M反应体系球磨均匀化及粉体压坯致密化；(4)压坯原位反应制备并细化处理TiB2颗粒；本发明中的合金元素添加细化陶铝复合材料中内生纳米TiB2颗粒可以用于陶瓷颗粒的细化和尺寸控制，有利于制备纳米尺寸TiB2颗粒，TiB2颗粒是铝合金重要的细化剂和强化剂，纳米尺寸TiB2颗粒可大幅提高合金组织的细化效果，大幅减少TiB2颗粒使用量，降低细化铝合金的成本。

技术领域

本发明涉及铝合金和陶瓷复合加工和制备领域，具体涉及一种细化陶铝复合材料中内生纳米TiB2颗粒的方法。

背景技术

目前，颗粒增强铝基复合材料的增强体主要是微米尺寸颗粒。尽管微米尺寸颗粒能够明显提高复合材料的强度和弹性模量，但是它同时会降低塑性和韧性，且高温性能提高不明显，这极大地限制了其在一些高端领域的应用。纳米陶瓷颗粒增强金属基复合具有较高的比强度、较低的密度、较高的硬度、较好的热稳定性以及良好的耐磨损性能等，广泛应用与结构件和功能件中，例如航空航天、汽车制造等领域。且对于陶瓷金属复合来说，较低的陶瓷颗粒含量即可获得很好的强化效果，这也使得制备过程简便，成本易于控制。此外，纳米颗粒还可以作为α-Al的异质核心，促进α-Al形核，细化铝合金组织。内生纳米TiB2颗粒陶铝复合材料中的纳米TiB2陶瓷颗粒作为一种纳米级的增强相，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。大量的实验结果表明，陶瓷颗粒的含量相同时，颗粒尺寸越细小，其对材料性能的改善越好。由于纳米颗粒的尺寸越小，提高复合材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率的效果越好，因此有必要考虑一种纳米颗粒的细化方法；通过加入一定质量分数的合金元素，在不生成其他中间产物的基础上，进一步减小纳米颗粒的尺寸。

发明内容

本发明的目的是提供一种细化陶铝复合材料中内生纳米TiB2颗粒的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种细化陶铝复合材料中内生纳米TiB2颗粒的方法，包括以下步骤：

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

(2)含有细化元素的Al-Ti-B-M反应体系的混合制备，具体如下：

(2a)称取粒度13～48μm的铝粉、球磨处理后粒度为0.5～1μm的硼粉、粒度为13～45μm的钛粉、粒度为45μm的铜粉以及粒度为45μm的镁粉备用；

(2b)将铝粉、钛粉、硼粉、铜粉、镁粉按以下几种配比配制成100g混合粉末制成Al-Ti-B-M压坯，其中，M代表铜粉、镁粉，Ti/B质量比为2.22:1；Ti/B摩尔比为1:2；铝粉的含量为65～85wt.％；钛粉含量为6.88～20.64wt.％；硼粉含量为3.12～9.36wt.％铜粉的含量为0～5wt.％，镁粉的含量为0～5wt.％，上述各组分具体如下；