[发明专利]基于超声和机械搅拌的硼化钛增强铝基复合材料制备方法

说明书

本发明涉及金属合金材料制备领域，公开了基于超声和机械搅拌的硼化钛增强铝基复合材料制备方法，将氟钛酸钾、氟硼酸钾反应盐粉末、氟铝酸钠粉末通过机械搅拌充分混合干燥备用；铝合金铸锭放入石墨坩埚内，加热至铝熔体的温度稳定在800～850℃，将干燥好的混合粉末加入至铝熔体中，并进行机械搅拌，待复合材料温度冷却至720℃时，撇去浮渣，浇入到石墨模具中冷却；将冷却的样品重新放入石墨坩埚内，用电阻炉加热至融化，同时加入高能超声辐射杆至混合熔体中对混合熔体进行超声处理，待超声处理时间结束，将混合熔体浇注至石墨模具，并立即用液氮冷却样品，以此获得的纳米硼化钛增强铝基复合材料中的纳米TiB₂颗粒分布均匀，无团聚现象。

技术领域

本发明涉及金属合金材料制备领域，具体涉及基于超声和机械搅拌的硼化钛增强铝基复合材料制备方法。

背景技术

陶瓷颗粒增强型铝基复合材料具有高比模量、高硬度、高耐磨型等优点而被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。因硼化钛(TiB₂)具备高硬度、高热稳定、耐蚀性，不与铝熔体发生界面反应，化学稳定性好等特点，成为颗粒增强型铝基复合材料研究中的热点。TiB₂纳米颗粒通过与合金基体紧密结合，能够明显改善基体的弹性模量、屈服强度、耐磨性等性能。

然而大量研究表明，通过传统的外加法制备，TiB₂纳米颗粒与铝熔体的润湿性很差，很难进入铝熔体内部；通过原位法制备的TiB₂纳米颗粒在铝熔体中存在颗粒团聚，颗粒产量低等问题，这对铝基复合材料的性能提升产生了不利的影响。

发明内容

基于以上问题，本发明提供基于超声和机械搅拌的硼化钛增强铝基复合材料制备方法，先将反应盐和助溶剂粉末均匀混合，然后将反应盐及助溶剂粉末加入至铝熔体中，同时采用搅拌器，以机械搅拌的方式增加熔融状态的反应盐与铝熔体的接触面积，加快反应速率，促进反应进行，提高反应物产量，然后撇去浮渣浇注至模具冷却；将冷却后的样品再进行重熔，并采用高能超声辐射杆对重熔后的混合熔体进行超声处理，然后浇注至模具并用液氮冷却，最终获得纳米硼化钛增强铝基复合材料中的纳米TiB₂颗粒分布均匀，无团聚现象。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：

基于超声和机械搅拌的硼化钛增强铝基复合材料制备方法，包括如下步骤：

S1：称取一定质量的铝合金铸锭备用；

S2：按在增强铝基复合材料中预生成3vol％的TiB₂颗粒称取氟钛酸钾、氟硼酸钾反应盐粉末，助溶剂氟铝酸钠粉末的质量为氟钛酸钾、氟硼酸钾两种反应盐总质量的10％，通过机械搅拌充分混合，在200～300℃的干燥炉内干燥1～2h备用；

S3：将称取好的铝合金铸锭放入石墨坩埚内，用电阻炉加热，待铝熔体的温度稳定在800～850℃，将干燥好的混合粉末加入至铝熔体中，并进行机械搅拌，待复合材料温度冷却至720℃时，撇去浮渣，浇入到300℃预热处理的石墨模具中并冷却；

S4：将冷却的样品重新放入石墨坩埚内，用电阻炉加热至720℃融化形成混合熔体，加入高能超声辐射杆至混合熔体中，控制超声频率为18～20KHz、功率为1～2KW、振幅为10～15μm，超声辐射杆浸入深度为15～25mm，超声处理时间为30～240s；

S5：待超声处理时间结束，将混合熔体浇注至300℃预热的石墨模具，利用液氮冷却，获得最终的纳米硼化钛增强铝基复合材料。

进一步地，超声辐射杆一端接入超声波换能器，另一端浸入石墨坩埚内的混合熔体中；所述换能器与超声波电源电性连接。

进一步地，铝合金铸锭为2Al4铝合金。