[发明专利]一种高性能原位TiB2

说明书

本发明属于铝基复合材料技术领域，尤其是一种高性能原位TiB2颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，成分为：4.5％～5.3％Cu、0.3％～0.5％Mn、0.2％～0.35％Ti、0.18％～0.25％Cd、0.10％～0.30％Zr、0.005％～0.06％B、0.10％～0.30％V、0.1％～0.2％Y、0.1％～0.2％Nd、0.1％～0.5％Gd，Al余量。制备方法：将将TiB₂增强颗粒压制成预制块以逐层剥离的形式熔入熔炼后的金属液中进行反应，反应后采用抽取金属液的方式将反应所得的金属液和熔盐分离，然后将分离所得的金属液精炼、浇注即可。本发明工艺简单，制造成本低，反应元素收得率高，可直接通过熔炼的形式浇注制备复合材料铸锭，也可把复合材料的制备与砂型、金属型铸造相结合制备铸件，适合工业化宏量生产。

技术领域

本发明属于铝基复合材料技术领域，尤其是一种高性能原位TiB₂颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

铝基复合材料具有轻质、耐磨、耐腐蚀、比强度高、高温性能好及低热膨胀系数等优点，已逐渐成为航空、航天、汽车、电子等行业领域高性能材料研究的重点方向。铝基复合材料按增强体的不同分为纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料。颗粒增强铝基复合材料可用来制造卫星及航天用结构材料、飞机零部件、金属镜光学系统、汽车零部件；此外还可以用来制造微波电路插件、惯性导航系统的精密零件、涡轮增压推进器、电子封装器件等。

原位自生TiB₂颗粒增强铝基复合材料与传统铝基复合材料相比，有比强度比刚度高、各向异性小、高弹性模量、且与铝合金基体界面结合良好等特点，已成为铝基复合材料研究领域中的热点问题。原位自生TiB₂颗粒增强铝基复合材料具有明显优势及良好市场前景。目前，原位自生TiB₂颗粒增强铝基复合材料一般采用熔盐反应法制备，该方法制备成本低，适合宏量工业化生产；但是，熔盐反应法制备原位TiB₂颗粒增强铝基复合材料仍存在以下几个主要问题：(1) TiB₂增强体分布不均匀、团聚、TiB₂颗粒尺寸大；(2)难以将反应后的熔盐与金属液有效分离，未清理干净的熔盐对复合材料的性能影响大。如专利申请号为CN201510956925.8的文件公开的一种颗粒混合增强铝基复合材料及其制备方法，通过搅拌加入SiC或B₄C颗粒、 K₂TiF₆和Ti颗粒的混合物，利用Ti颗粒与铝合金熔体发生原位反应生成Al₃Ti颗粒，制备出SiC或B₄C颗粒与Al₃Ti颗粒混合增强铝基复合材料。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种高性能原位TiB₂颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，具体是通过以下技术方案实现的：

一种高性能原位TiB₂颗粒增强铝基复合材料，其成分按质量百分比计包括：4.5％～5.3％Cu、0.3％～0.5％Mn、0.2％～0.35％Ti、0.18％～ 0.25％Cd、0.10％～0.30％Zr、0.005％～0.06％B、0.10％～0.30％V、0.1％～ 0.2％Y，0.1％～0.2％Nd，0.1％～0.5％Gd，Al余量。

本发明还提供了一种高性能原位TiB₂颗粒增强铝基复合材料的制备方法，是将TiB₂增强颗粒压制成预制块以逐层剥离的形式熔入金属液进行反应，反应后采用抽取金属液的方式将反应所得的金属液和熔盐分离。

优选地，所述高性能原位TiB2颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下过程：

(1)按高性能原位TiB₂颗粒增强铝基复合材料成分的质量百分比例配置精铝锭、铝铜中间合金、铝锰中间合金、镉、铝钒中间合金、铝锆中间合金、铝钛硼中间合金、铝钇中间合金、铝钆中间合金、铝钕中间合金炉料，并将全部炉料预热；