[发明专利]一种原位自生TiB2

说明书

本发明属于复合材料领域，公开了一种原位自生TiB₂颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。该复合材料包括作为基体的铝合金，以及在基体内部原位生成的亚微米级的TiB₂颗粒。所述方法包括如下步骤：（1）制备Al₃Ti/Al中间复合材料；（2）制备AlB₂/Al中间复合材料；（3）制备TiB₂/Al复合材料。本制备方法工艺简单，操作易行，制备出的TiB₂/Al复合材料颗粒细小且分布更加均匀。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种原位自生TiB₂颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷颗粒与铝合金的复合，利用陶瓷高强度和高硬度来增强铝合金基体，得到的陶瓷颗粒增强铝基复合材料表现出优异的性能，如低密度、高的比强度和比刚度、高弹性模量、耐磨性能好、高热导率和低的热膨胀系数。因此，陶瓷颗粒增强铝基复合材料在航空航天以及汽车发动机领域具有广阔的应用前景。长久以来，铝基复合材料的制备方法主要有粉末冶金法，接触反应法等，但由于这些传统的制备方法存在成本高，工艺复杂，量产困难、外加增强相颗粒表面污染以及相容性等问题。原位自生法能够有效解决增强相颗粒与金属基体相容性好以及颗粒物污染等问题，同时工艺简单，易于操作量产等优点。

作为铝基复合材料增强相TiB₂颗粒，与SiC、TiC、Al₂O₃、Al₃Ti等增强相相比具有与铝基体相容性好，以及高的强度、熔点、硬度、耐磨性以及合成成本低等优点，因此，TiB₂颗粒增强铝基复合材料具有较为优异的综合性能。目前制备原位自生TiB₂颗粒增强铝基复合材料最普遍的方法为氟盐法，该方法是将Ti、B原子比为1∶2的K₂TiF₆粉末以及KBF₄粉末充分混合加入到铝熔体中进行三步反应并且搅拌从而生成TiB₂颗粒，该方法工艺较简单，成本低，具有良好的量产化前景。但该方法在高温的铝熔体中进行的三步反应具有不可控性，会产生歧化反应，且该方法原位生成的TiB₂颗粒通常颗粒尺寸较大，难以获得细小的亚微米级别TiB₂颗粒，而且TiB₂颗粒在基体中分布不均匀，严重影响了最终制得的复合材料性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种原位自生TiB₂颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。该制备方法很好地解决了TiB₂/Al复合材料中TiB₂颗粒偏大且分布不均的问题，同时杜绝了氟盐在铝熔体当中的歧化反应，制备的TiB₂/Al复合材料中TiB₂颗粒纯度较高，TiB₂/Al复合材料性能优异。

本发明提供一种TiB₂/Al复合材料，该复合材料包括作为基体的铝合金，以及在基体内部原位生成的TiB₂颗粒。

优选地，上述TiB₂/Al复合材料中，所述TiB₂颗粒大小为亚微米级，即100~1000nm之间，例如100~800nm、200~600nm。

进一步的，本发明还提供上述TiB₂/Al复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）制备Al₃Ti/Al中间复合材料：铝合金熔体与K₂TiF₆反应，浇注而成；

（2）制备AlB₂/Al中间复合材料：铝合金熔体与KBF₄反应，浇注而成；