[发明专利]一种原位自生铝硅梯度复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种原位自生铝硅梯度复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将工件形状一致的高纯度二氧化硅石英玻璃器皿静置在加热炉内加热到800℃-900℃范围内预热保温；

(2)将高纯铝在高纯三氧化二铝陶瓷坩埚中熔化，得到纯铝液或根据铝硅梯度合金力学性能设计要求所需要达到的组织要求，在铝液中添加一定量的铝镧或者铝铈变质剂母合金；

(3)将步骤(2)的铝液加热到800℃，浇注到步骤(1)高纯度二氧化硅石英玻璃器皿中，静置在800℃-900℃范围内保温；

(4)控制步骤(3)的保温时间0.5-5小时范围内，确保铝液和二氧化硅反应，自生成硅原子并扩散至铝液中，最后随炉冷却或者空冷；

(5)除去步骤(4)材料表面残余的石英玻璃，获得与石英玻璃器皿形状一致的原位自生铝硅梯度复合材料。

2.一种如权利要求1所述的制备方法所制得的原位自生铝硅梯度复合材料，其特征在于：硅含量自表面到芯部逐渐减少，形成的是由外层过共晶高硅组织逐渐过渡到内部共晶铝硅组织，或者由外层过共晶高硅组织过渡到共晶铝硅组织再过渡到亚共晶铝硅组织，或者由外层过共晶高硅组织过渡到共晶铝硅组织再过渡到亚共晶铝硅组织最后芯部为纯铝的梯度复合材料；按百分含量，表面硅含量最高达60％，芯部硅含量最低为零，并通过添加镧或者铈变质合金元素改善共晶硅或者过共晶硅形貌，优化材料的力学性能。

所加的镧或者铈变质合金元素是以铝镧或者铝铈母合金的方式加入，其中镧的加入量为2.50-4.00wt.％，铈的加入量为0.80-1.20wt.％。

3.根据权利要求2所述的原位自生铝硅梯度复合材料，其特征在于：过共晶高硅组织层为初晶硅+共晶硅，共晶硅组织层为共晶硅，亚共晶硅组织层为初晶α铝+共晶硅，芯部纯铝，共晶硅和初晶硅富集于α-Al枝晶间，针状共晶硅转变为细小网状共晶硅，花瓣状尖角初晶硅转变为细小短棒状初晶硅。

4.根据权利要求3所述的原位自生铝硅梯度复合材料，其特征在于：各合金层宽度由硅扩散的成分分布决定，各组织层平滑过渡，无明显界面，共晶硅和初晶硅由力学性能差的形貌转变为力学性能优良的形貌。

5.根据权利要求2-4任一项所述的原位自生铝硅梯度复合材料，其特征在于：从表面到芯部初晶硅相和共晶硅相的数量逐渐减少，初晶α铝相和纯铝的数量逐渐增加，添加镧或者铈变质合金元素改变共晶硅和初晶硅形貌。