[发明专利]微纳米混杂TiC-TiB2颗粒强化高性能铝合金制备方法

摘要

本发明涉及一种微纳米混杂TiC‑TiB₂颗粒强化高性能铝合金制备方法，包括以下步骤：(1)B₄C粉的预处理；(2)反应压坯的制备；(3)压坯烧结原位反应致密化；(4)烧结态压坯的均匀化处理；(5)热挤压塑性成型；(6)挤压态材料热处理。本发明的技术方案，在金属中同时引入纳米尺寸和微米尺寸陶瓷颗粒，利用原位内生技术在金属中一步原位内生制备出纳米尺寸陶瓷颗粒和微米尺寸陶瓷颗粒，并使其均匀分散于铝合金基体中，获得从低体积分数到高体积分数增强相多含量变化并均匀分散的纳米颗粒和微米颗粒混杂强化的高性能铝合金材料，该材料具有超强的强韧性，具有重要的实际应用价值。

主权项

1.一种微纳米混杂尺度内生双相TiC‑TiB₂颗粒强化高性能铝合金制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)B₄C粉的预处理：将0.5‑3μm B₄C粉放入混料罐中，球料比设置为100:1，将混料机的球磨速度设置为200‑300r/min，球磨时间为1‑3h；(2)反应压坯的制备：1a.称取所需的13‑75μm Al合金粉、13‑48μm Ti粉和经球磨预处理的0.5‑3μm B₄C粉备用；所用铝合金粉成分为：Al:0.9294；Cu:0.047；Mg:0.0032；Si:0.0044；Fe:0.0053；Ti:0.0011；Mn:0.0065；Cr:0.0008；Zn:0.0023；1b.反应压坯成分为Al合金粉：60‑95wt.％；Ti粉：3.609‑28.872wt.％；B₄C粉：1.391‑11.128wt.％；反应压坯中Ti粉和B₄C粉质量比为：2.595:1；将不同配比不同粒度Al合金粉、Ti粉和经球磨预处理的B₄C粉按以下四种配比配制成100g混合粉末，分别如下：①当微纳米混杂尺度内生双相TiC‑TiB₂陶瓷颗粒占铝合金的重量分数为5wt.％：将Al合金粉、Ti粉和经球磨预处理的B₄C粉分别按照各自重量分别为：Al合金粉：95.00g；钛粉：3.609g，B₄C粉：1.391g，配制成100g混合粉末；②当微纳米混杂尺度内生双相TiC‑TiB₂陶瓷颗粒占铝合金的重量分数为20wt.％：将Al合金粉、Ti粉和经球磨预处理的B₄C粉分别按照各自重量分别为：Al合金粉：80.00g；钛粉：14.436g，B₄C粉：5.564g，配制成100g混合粉末；③当微纳米混杂尺度内生双相TiC‑TiB₂陶瓷颗粒占铝合金的重量分数为30wt.％：将Al合金粉、Ti粉和经球磨预处理的B₄C粉分别按照各自重量分别为：Al合金粉：70.00g；钛粉：21.654g，B₄C粉：8.346g，配制成100g混合粉末；④当微纳米混杂尺度内生双相TiC‑TiB₂陶瓷颗粒占铝合金的重量分数为40wt.％：将Al合金粉、Ti粉和经球磨预处理的B₄C粉分别按照各自重量分别为：Al合金粉：60.00g；钛粉：28.872g，B₄C粉：11.128g，配制成100g混合粉末；1c.将不同组分、粒度的反应物粉料与ZrO₂磨球放入混料罐中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO₂球，每种10个，ZrO₂球质量共800g，球料比设置为8:1，将混料机的球磨速度设置为30‑60r/min，混料时间设置为8‑32h；1d.将球磨混料的粉料取出，称取100g粉料用铝箔包住在液压试验机上压制成直径45mm，高度为30mm的圆柱形压坯，致密度为65‑75％；(3)微纳米混杂尺度内生双相TiC‑TiB₂/Al复合的压坯烧结原位反应致密化：3a、将步骤1d制备好的圆柱形压坯放入压坯烧结原位反应致密化所用的石墨模具，将石墨模具和圆柱形压坯整体放入真空燃烧合成炉中，关上炉门，抽真空至炉内压力低于10Pa；3b、开始加热；加热速度设置为25‑40K/min；3c、当到炉内测量温度显示为1173K时，保温10min，然后对圆柱形压坯开始施加轴向压力，应力值为45‑55MPa，并保持压力15‑25s；3d、随后关闭加热装置，保持炉内真空，随炉冷却至室温；(4)微纳米混杂尺度内生双相TiC‑TiB₂/Al复合烧结态压坯的均匀化处理：将微纳米混杂尺度内生双相TiC‑TiB₂/Al复合烧结态致密压坯放入热处理炉中，均匀化处理温度为758K，均匀化时间10‑20h；(5)微纳米混杂尺度内生双相TiC‑TiB₂/Al复合的热挤压塑性成型，具体步骤为：5a、将用MoS₂和高温润滑油混合物制成的挤压润滑剂均匀地涂抹在圆柱形烧结态致密压坯外侧，随后放入热作模具钢模具中；5b、将圆柱形烧结态致密压坯和热作模具钢模具放入至热挤压装置中，加热至773K‑833K，保温30‑60min；5c、保温结束后，对圆柱形压坯施加轴向压力，进行挤压变形；挤压比为19:1；(6)微纳米混杂尺度内生双相TiC‑TiB₂/Al复合挤压态材料热处理：6a.将挤压塑性成型后的微纳米混杂尺度内生双相TiC‑TiB₂/Al复合放入固溶炉中，进行固溶处理，固溶处理温度为750‑800K，保温时间为1‑3h；6b.固溶处理结束后，立即将试样取出，快速进行冷水淬火处理；6c.随后进行时效处理，将淬火后的试样放入时效炉中，进行人工时效，时效温度为420‑450K，保温为10‑18h，然后随炉冷却至室温。