[发明专利]一种双尺度陶瓷颗粒混杂高弹性模量高强度铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种双尺度陶瓷颗粒混杂高弹性模量高强度铝合金的制备方法，将Al粉、Ti粉以及B粉烧结原位内生纳米尺度TiB₂颗粒并外加微米SiC陶瓷颗粒制备高弹性模量高强度铝合金，并优化了纳米TiB₂和微米SiC陶瓷颗粒的含量，实现在铝基体中纳米尺寸陶瓷颗粒和微米尺寸陶瓷颗粒的叠加效应，提高铝合金的力学性能。

技术领域

本发明涉及高性能铝合金加工及其制备领域，更具体的是，本发明涉及一种双尺度陶瓷颗粒混杂高弹性模量高强度铝合金及其制备方法。

背景技术

亚共晶Al-Si-Mg合金作为一种可热处理强化合金，其具有自然时效能力，强度较高，塑性较好。另外，该合金的铸造性能优良，流动性好、线收缩小，热裂倾向低、气密性高、耐蚀性好。但随着近几年汽车、轨道交通以及航空航天、军事领域的不断发展，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。通常强化合金的手段有热处理强化或颗粒强化剂，但通常所用的强化铝合金的强化剂在提高强度的同时往往会损害材料的塑性，因此开发出一种同时提高亚共晶Al-Si-Mg合金强塑形的强化剂成为目前的关键。含有内生陶瓷颗粒的金属陶瓷复合对于铝合金来说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。在Al-Ti-B体系中，利用原位内生反应得到含有纳米尺寸的TiB₂陶瓷颗粒的陶铝复合，该陶铝复合作为亚共晶Al-Si-Mg合金的纳米颗粒强化剂，经过本发明所述的技术手段加入到铝合金熔体中，其中TiB₂纳米陶瓷颗粒分散均匀，稳定存在；而SiC陶瓷颗粒具有高强度和硬度、可靠的化学稳定性、良好抗热冲击性能以及抗蠕变等特点，在国防、核能和空间技术、汽车工业及海洋工程等领域获得了广泛应用。在本发明的技术方案中，SiC颗粒为微米尺寸，通过氧化及球磨分散后制成压坯，加入熔体中。通过微米尺寸的SiC颗粒以及纳米尺寸的TiB₂微纳米尺寸混合强化，在保证铝合金有较高的刚度和弹性模量的同时，保证了其较好的强韧性，有着重要的实际应用价值。铝合金的弹性模量和刚度进一步提高，可以避免铝合金的较低的弹性模量的缺点，在更广泛的范围替代钢，实现高性能高刚度轻量化材料的开发，具有重要的应用前景。

发明内容

本发明的一个目的是设计开发了一种双尺度陶瓷颗粒混杂高弹性模量高强度铝合金，其通过原位内生纳米TiB₂和外加微米SiC陶瓷颗粒制备高弹性模量高强度铝合金，并优化了纳米TiB₂和微米SiC陶瓷颗粒的含量，提高铝合金的力学性能。

本发明的另一个目的是设计开发了一种双尺度陶瓷颗粒混杂高弹性模量高强度铝合金的制备方法，将Al粉、Ti粉以及B粉烧结原位内生纳米尺度TiB₂颗粒并外加微米SiC陶瓷颗粒制备高弹性模量高强度铝合金，并优化了纳米TiB₂和微米SiC陶瓷颗粒的含量，实现在铝基体中纳米尺寸陶瓷颗粒和微米尺寸陶瓷颗粒的叠加效应，提高铝合金的力学性能。

本发明提供的技术方案为：

一种双尺度陶瓷颗粒混杂高弹性模量高强度铝合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将高温氧化处理的SiC粉与Al-Si-Mg合金粉球磨混合，包裹铝箔制成圆柱形陶铝复合压坯，具体包括：

将粒度为5-20μm的SiC粉末、粒度为15-40μm的Al-Si-Mg合金粉配制成混合粉末，放入球磨罐中，球磨时间为24-96h，

其中，所述SiC粉与Al-Si-Mg合金粉的质量比为1:20-1:1.5，所述圆柱形陶铝复合压坯的致密度为60-75％；以及

所述球磨罐中盛有Φ4.5-Φ20mm的ZrO₂陶瓷球，球料质量比为10:1，球料总体积为球罐容积的2/3，转速为20-90rpm，且正反转交替进行，间隔时间30min；