[发明专利]一种用原位自生法制备高质量分数颗粒增强铝基复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种用原位自生法制备高质量分数颗粒增强铝基复合材料的方法，将纯铝锭在炉内进行熔化，制得铝液；将氟钛酸钾K₂TiF₆、氟硼酸钾KBF₄和冰晶石Na₃AlF₆混合均匀，反应过程中伴有搅拌，使得铝液进行充分反应；铝液反应结束后，将铝液静置一定时间，抽出或从炉底流出设计重量的下部铝液，根据铸棒合金元素含量，向铝液中加入中间合金配制成所需要的铝合金。通过上述方式，本发明一种用原位自生法制备高质量分数颗粒增强铝基复合材料的方法可根据需要设计增强颗粒含量，有效克服传统制备工艺中TiB₂粒子含量低且不可改变的困难。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别是涉及一种用原位自生法制备高质量分数颗粒增强铝基复合材料的方法。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料以其高强度、高刚度、高硬度、良好的尺寸稳定性及优良的耐磨性等优点受到广泛关注，展现出广阔的应用前景。采用原位自生的方法可以有效克服粒子与基体的润湿差及粒子分散不均匀的问题，被誉为具有突破性的新技术而倍受重视。原位自生颗粒增强铝基复合材料基体与增强体以其良好的界面结合和材料自身优良的机械性能成为研究热点。

原位自生法制备颗粒增强铝基复合材料主要采用反应盐氟钛酸钾、氟硼酸钾与铝液反应生成颗粒增强体，这种制备方法只有一定比例的反应盐可以与铝液发生反应，过多的加入量并不能实现完全的反应。因此，所制备的复合材料中增强颗粒含量只能控制在很低的范围，现有技术通过原位自生法制备的复合材料中颗粒增强体质量分数均在20%以下，难以通过此种工艺获得更高质量分数颗粒增强铝基复合材料。

由于TiB₂密度（4.52 g/cm³）远大于铝的密度（2.7 g/cm³），在反应盐与铝液反应完成后，TiB₂颗粒会沉降到铝液的底部，形成TiB₂分布的不均匀。本发明想利用这一特征，设计出将铝液从底部取出，取出的多少可根据复合材料中增强粒子的含量计算得出，由此达到制备高质量分数颗粒增强铝基复合材料的目的。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种用原位自生法制备高质量分数颗粒增强铝基复合材料的方法，通过原位自生法制备高质量分数颗粒增强铝基复合材料，能够获得增强体TiB₂粒子质量分数超过20%的颗粒增强铝基复合材料，可以大幅度提升材料的强度和弹性模量。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种用原位自生法制备高质量分数颗粒增强铝基复合材料的方法，包括如下步骤：

a、将纯铝锭在炉内进行熔化，制得铝液，保持铝液温度在830~850℃；

b、将氟钛酸钾K₂TiF₆、氟硼酸钾KBF₄和冰晶石Na₃AlF₆混合均匀，制得反应盐；

c、将步骤b中混合均匀的反应盐加入到步骤a的所述铝液中，并伴有搅拌，使得铝液进行充分反应；

d、步骤c中铝液反应结束后，将铝液静置2~3h；

e、根据事先计算反应后原始增强相颗粒含量和要得到的增强相颗粒含量所对应的铝液重量，将静置后的铝液从炉底抽出或流出设计的重量；

f、根据产品合金元素含量，向铝液中加入中间合金配制成所需要的铝合金。

在本发明一个较佳实施例中，步骤b中氟钛酸钾K₂TiF₆、氟硼酸钾KBF₄和冰晶石Na₃AlF₆混合均匀并进行烘干，烘干温度为200~230℃，烘干时间为1~2h。