一種原位合成制備鋁基復合材料的方法
【專利摘要】本發明公開了一種制備原位鋁基復合材料的方法。其工藝為：先將B2O3粉在150℃~200℃下烘烤3~4h，然后將B2O3粉與Al粉按1:1.5~2的質量比混合后并加入適量無水乙醇球磨，球磨完后將混合粉末干燥以備用；將500g的鋁合金錠放入坩堝中過熱至750~770℃，保溫10~15min，去除熔液表面的氧化皮后再將超聲變幅桿探頭置于熔體中，對熔體施加超聲，超聲時間為5~7min，頻率為20~22kHz，超聲功率為500W~700W，超聲的同時每隔20~30s用鐘罩將鋁箔包覆的4.33~27.12g混合粉末（總量按生成0.5%~2.5wt.%Al2O3計算）分批壓入熔體,超聲結束后，在此溫度靜置5~10min，隨后降溫至690~700℃，精煉、扒渣、澆注。本發明制備的復合材料組織和力學性能得到了明顯改善，生成的Al2O3增強相細小彌散分布，且該工藝簡單，整體反應溫度也低，安全可靠。
【專利說明】一種原位合成制備鋁基復合材料的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種在超聲輔助下制備原位顆粒增強鋁基復合材料的方法。

【背景技術】
[0002]顆粒增強金屬基復合材料與基體合金相比，具有較高的比強度和比剛度，低熱膨脹系數，低密度，蠕變性能好，良好的尺寸穩定性和導熱性等優異的力學性能，在航空航天、電子工業、光學儀器制造、國防等領域中具有廣闊的應用前景。原位生成法是目前制備顆粒增強金屬基復合材料的主要方法，因增強體是從金屬基體中原位形核、長大的熱穩定相，故增強相表面無污染，與基體潤濕性好，界面結合牢固，而且原位反應不生成有害的反應物，無須對增強體進行合成、預處理和加入等工序。但是，用傳統的機械攪拌方法制備原位復合材料時，不僅需要較長的反應時間和較高的反應溫度，而且獲得的組織也不夠理想，生成的顆粒增強相容易長大、團聚，分布也不均勻。近年來，發展起來的在金屬基復合材料制備過程中施加高能超聲，能優化反應過程中的熱力學與動力學條件，大大促進原位反應的進行，顯著改善增強顆粒與基體的潤濕性，細化組織，控制顆粒相的過分長大或團簇現象，提高材料的性能，并對金屬基體組織還有除氣、除渣作用，且具有設備簡單，污染少等優點。因此，將高能超聲處理與傳統的鑄造成形工藝相結合，既可以實現增強顆粒在熔體中的彌散分布，也能保留傳統鑄造法近凈成形的特點，是近年來研究者們關注的一大熱點。


【發明內容】

[0003]本發明的目的是提供一種原位合成制備鋁基復合材料的方法。
本發明所述的制備工藝為:首先將B2O3粉在150°C ~200°C下烘烤:T4h，去除結晶水，然后將B2O3粉與Al粉按1: 1.5^2的質量比混合后并加入適量無水乙醇球磨，球磨完后將混合粉末干燥以備用；將500g的鋁合金錠放入坩堝中過熱至75(T770°C，保溫l(Tl5min，去除熔液表面的氧化皮后再將超聲變幅桿探頭置于合金熔體中，對熔體施加超聲，超聲時間為5~7min，頻率為20~22 kHz，超聲功率為500W~700W，超聲的同時每隔2(T30s用鐘罩將鋁箔包覆的4.33^27.12g混合粉末(總量按生成0.5%~2.5wt.%A1203計算)分批壓入熔體，超聲結束后，在此溫度靜置5~10 min，隨后降溫至69(T700°C，精煉、扒渣、澆注。
[0004]所述鋁合金中Si的質量百分比為8.5%~9%，Cu的質量百分比為2.0%~2.5%，余量為Al。
[0005] 本發明得到的原位顆粒增強鋁基復合材料組織中晶粒細小，a-Al相由粗大的樹枝狀枝晶變為細小枝晶，硅相得到明顯細化，由原來的塊狀、長針狀、板條狀逐步轉變為短棒狀、顆粒狀，且生成的Al2O3增強相彌散分布，呈顆粒狀，較圓整，平均尺寸約為f 2 μ m,較大程度地提高了復合材料的強度和硬度。該方法工藝較簡單，成本低，安全可靠，而且提高了顆粒的收得率，整體反應溫度也低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為本發明實施實例3條件下制備的原位顆粒增強鋁基復合材料的光學顯微組織形貌。

【具體實施方式】
[0007]本發明將通過以下實施實例作進一步說明。
[0008]本實施實例中所述的原位合成制備鋁基復合材料，是通過外加超聲輔助與原位反應相結合制備的，其中超聲的功率為500W~700W。
[0009]實施實例I。
[0010]先將B2O3粉在150°C下烘烤4 h，去除結晶水，然后將B2O3粉與Al粉按1:1.5的質量比混合后并加入適量無水乙醇球磨，球磨完后將混合粉末干燥以備用；將500g的鋁合金錠放入坩堝中過熱至760°C，保溫lOmin，去除熔液表面的氧化皮后再將超聲變幅桿探頭置于合金熔體中，對熔體施加超聲，超聲時間為5min，頻率為20kHz，超聲功率為500W，超聲的同時每隔30s用鐘罩將鋁箔包覆的4.33g混合粉末(總量按生成0.5wt.% Al2O3計算)分批壓入熔體，超聲結束后，熔體靜置5 min，隨后降溫至700 °C，精煉、扒渣、澆注。
[0011]實施實例2。
[0012]首先將B2O3粉在200°C下烘烤3 h，去除結晶水，然后將B2O3粉與Al粉按1:2的質量比混合后并加入適量無水乙醇球磨，球磨完后將混合粉末在200°C下預熱30min以備用；將500g的鋁合金錠放入坩堝中過熱至770V，保溫15min，去除熔液表面的氧化皮后再將超聲變幅桿探頭置于合金熔體中，對熔體施加超聲，超聲時間為7min，頻率為22kHz，超聲功率為700W，超聲的同時每隔21s用鐘罩將鋁箔包覆的21.48g混合粉末(總量按生成2 wt.%Al2O3計算)分批壓入熔體，超聲結束后，熔體靜置lOmin，隨后降溫至690°C，精煉、扒渣、澆注。
[0013]實施實例3。
[0014]首先將B2O3粉在150°C下烘烤4h，去除結晶水，然后將B2O3粉與Al粉按1: 1.5的質量比混合后并加入適量無水乙醇球磨，球磨完后將混合粉末在200°C下預熱30min以備用；將500g的鋁合金錠放入坩堝中過熱至770V，保溫lOmin，去除熔液表面的氧化皮后再將超聲變幅桿探頭置于合金熔體中，對熔體施加超聲，超聲時間為6min，頻率為20kHz，超聲功率為600W，超聲的同時每隔28s用鐘罩將鋁箔包覆的8.73g混合粉末(總量按生成Iwt.%Al2O3計算)分批壓入熔體，超聲結束后，熔體靜置lOmin，隨后降溫至700°C，精煉、扒渣、澆注，待冷卻后取樣，見附圖1。
[0015]從附圖1可以看出，本發明制備的原位顆粒增強鋁基復合材料顯微組織得到了顯著的改善，晶胞尺寸較小，分布也變得更為均勻，共晶硅也逐漸變為短棒狀、顆粒狀，分布也愈加均勻，較大程度地提高了復合材料的力學性能。
【權利要求】
1.一種原位合成制備鋁基復合材料的方法，其特征是首先將B2O3粉在150°C ^200°C下烘烤3~4h，去除結晶水，然后將B2O3粉與Al粉按1:1.5^2的質量比混合后并加入適量無水乙醇球磨，球磨完后將混合粉末干燥以備用；將500g的鋁合金錠放入坩堝中過熱至75(T770°C，保溫l(Tl5min，去除熔液表面的氧化皮后再將超聲變幅桿探頭置于合金熔體中，對熔體施加超聲，超聲時間為5~7 min，頻率為20~22 kHz，超聲功率為500W~700W，超聲的同時每隔2(T30s用鐘罩將鋁箔包覆的4.33^27.12g混合粉末(總量按生成0.5%~2.5wt.%A1203計算)分批壓入熔體，超聲結束后，在此溫度靜置5~10 min,隨后降溫至690^700 0C，精煉、扒渣、澆注。
2.根據權利要求1所述的一種原位合成制備鋁基復合材料的方法，其特征是鋁合金中Si的質量百分比為8.5%~9%，Cu的質量百分比為2.0%~2.5%，余量為Al。
【文檔編號】C22C21/00GK104164583SQ201410405234
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月18日 優先權日:2014年8月18日
【發明者】閆洪, 熊俊杰 申請人:南昌大學