[发明专利]一种二硼化钛增强铝合金及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种TiB₂增强铝合金及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法：将Al‑Ti‑B中间合金加热熔化，得到Al‑TiB₂熔体；所述Al‑Ti‑B中间合金中TiB₂的质量百分含量≤10％；将所述Al‑TiB₂熔体和铝合金的剩余合金元素原料按照铝合金中的元素配比混合，得到合金化熔体；将所述合金化熔体超声处理后浇铸，得到所述TiB₂增强铝合金。本发明提供的制备方法得到的TiB₂增强铝合金在TiB₂的质量百分含量＜10％的条件下，实现了TiB₂增强铝合金的弹性模量≥79GPa。

技术领域

本发明涉及铝合金基复合材料技术领域，尤其涉及一种TiB₂增强铝合金及其制备方法和应用。

背景技术

铝及铝合金具有密度低、可加工性好、延展性优异等显著优点，是目前实现轻量化的理想结构材料，在航空航天、汽车船舶、体育器材等领域具有十分广阔的实际应用前景。随着现代科技的发展，人们对材料的综合性能提出了更全面的需求，传统的纯铝及铝合金由于刚度相对较低，作为结构材料在很多应用上有局限性。因此，铝基复合材料应运而生，以期望通过选择合适的增强体来获得所需的优异综合性能。

TiB₂具有高熔点、高硬度和高弹性模量等优点，相较于SiC、Al₂O₃等外加增强体，可原位自生合成，使TiB₂/Al基复合材料成为一种性能优良的材料。

弹性模量是铝基复合材料作为结构材料时必须考虑的重要参数之一，弹性模量越高，材料刚度越大，抵抗弹性变形的能力越大。由材料的复合效应可知，复合材料的弹性模量主要由其组成相的弹性模量和质量分数决定。现有技术中提高TiB₂/Al复合材料的弹性模量，主要是通过提高TiB₂颗粒的质量分数实现，但是，TiB₂颗粒含量的增加不仅会增加复合材料的脆性和密度、增加熔体粘度不利于铸造成型，且增加复合材料的成本，不利于获得结构复杂的精密零件，不利于在机械装备轻量化中的大规模应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种TiB₂增强铝合金及其制备方法和应用，本发明提供的TiB₂增强铝合金不牺牲密度、不增加脆性和制备难度，在低TiB₂增强相质量百分含量的条件下，通过改善TiB₂颗粒的分布，实现了TiB₂增强铝合金的弹性模量显著增加。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种TiB₂增强铝合金的制备方法，包括以下步骤：

将Al-Ti-B中间合金加热熔化，得到Al-TiB₂熔体；所述Al-Ti-B中间合金中TiB₂的质量百分含量≤10％；

将所述Al-TiB₂熔体和铝合金的剩余合金元素原料按照铝合金中的元素配比混合，得到合金化熔体；

将所述合金化熔体超声处理后浇铸，得到所述TiB₂增强铝合金。

优选的，所述超声处理的功率为1～3kW，所述超声处理的频率为15～20kHz，所述超声处理的时间为2～5min，所述超声处理时，所述合金化熔体的温度为740～760℃。

优选的，所述浇铸时，所述超声处理后的合金化熔体的温度为740～760℃，浇铸模具的温度为200～300℃。

优选的，所述浇铸后，还包括将浇铸模具中的合金化熔体降温冷却，所述降温冷却的降温速率为0.5～1℃/s。