[发明专利]一种Fe-C-Ti/ZL108复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Fe‑C‑Ti/ZL108复合材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将Fe、Ti、C粉末混匀后，用铝箔纸包好，于150～250℃下烘烤1～3h；然后将ZL108铝合金熔化后并将铝液过热到780～900℃，加入经上述预处理后的Fe、C、Ti粉末，采用搅拌器搅拌均匀；再将搅拌后的浆料倒入超声振动辅助结晶装置中，超声处理2～5min后，冷却成型，得到Fe‑C‑Ti/ZL108复合材料。本发明所制备的复合材料具有硬度高，抗拉、压性能好，比强度高等优点，制备工艺简单、成本低，利于实现工业生产自动化，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于新材料制备技术领域，具体涉及一种Fe-C-Ti/ZL108复合材料及其制备方法。

背景技术

ZL108是ZAlSi12Cu1Mg1铸造铝合金，含有大量的Si、Cu、Mg等合金元素，具有优良的铸造性能，其热膨胀系数小，耐磨性好，强度高，适合制作内燃发动机的活塞及其它要求耐磨的零件及要求尺寸、体积温度的零件。

但随着科技的不断进步，对内燃发动机的性能要求也越来越高，单纯采用ZL108合金制成内燃机活塞等已经不能满足特殊的使用场合。因此在保留ZL108合金优良铸造性能的基础上如何提升其强度是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种Fe-C-Ti/ZL108复合材料及其制备方法，以实现提高ZL108合金强度的目的。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种Fe-C-Ti/ZL108复合材料及其制备方法，本发明中Fe-C-Ti/ZL108复合材料的制备方法包括以下步骤：

S1：活化混合粉末；所述混合粉末包括铁粉、钛粉和碳粉；

S2：将ZL108合金熔化并过热至780～900℃，加入活化后的混合粉末，混匀后超声处理2～5min，得Fe-C-Ti/ZL108复合材料。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，混合粉末的活化方法包括以下步骤：将混合粉末置于YG-1KG型混料机中，以1min的正反转间隔时间混合2～4h；然后将混合粉末用铝箔包好，于150～250℃下烘烤1～3h，完成粉末的活化。

进一步，混合粉末中铁粉、钛粉和碳粉的摩尔比为0.5～1:0.5～1:0.5～1。

进一步，混合粉末中铁粉、钛粉和碳粉的摩尔比为1:1:1。

进一步，铁粉的粒径为38～150μm，纯度不低于99％；所述钛粉的粒径为38～150μm，纯度不低于99％；所述碳粉的粒径为2～20μm，纯度不低于99％。

进一步，S2中所加入的活化后的混合粉末占整个体系的质量百分比为1～10％。

进一步，S2中所加入的活化后的混合粉末占整个体系的质量百分比为5％。

进一步，S2中超声处理的频率为40Hz。

本发明将一定比例的Fe粉、Ti粉、C粉在高温下加入到ZL108中，Fe-C-Ti-Al将反应生成Al_0.5Fe₃Si_0.5、Al₃Ti、TiAl、FeAl等金属化合物，这些化合物具有很高的弹性模量、硬度及优异的耐磨性，形成多相增强铝基复合材料，可进一步提高ZL108的性能，增大其使用范围。

本发明最终所得材料中的增强相不是外加进去，而是由基体合金与加入的Fe、Ti、C等元素通过原位反应技术发生反应，而且生成的是一种或几种弥散的增强相，形成原位自生复合材料。此方法最大优点是增强相在基体中形成，避免了增强相的污染，利于形成良好的界面结合。