本發(fā)明屬于內(nèi)生鋁基材料鑄件制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種具有組織均勻、內(nèi)生相體積分?jǐn)?shù)可調(diào)和變體積分?jǐn)?shù)的鋁基復(fù)合材料鑄件制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)材料的要求越來(lái)越高。在結(jié)構(gòu)材料方面，不但要求強(qiáng)度高，還要求其重量要輕，在航空航天領(lǐng)域尤其如此。金屬基復(fù)合材料正是為了滿足上述要求而誕生的。與傳統(tǒng)的金屬材料相比，具有較高的比強(qiáng)度與比剛度，而與樹(shù)脂基復(fù)合材料相比，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性與耐熱性，與陶瓷材料相比，又具有高韌性和高沖擊性能。鋁基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、高硬度、高耐磨性、耐高溫、耐沖擊、耐沖蝕、低的熱膨脹系數(shù)、良好的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電導(dǎo)熱性，在航空航天、汽車工業(yè)、電子業(yè)等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。由于內(nèi)生復(fù)合克服了外加復(fù)合的一些不足，因此內(nèi)生鋁基復(fù)合材料的研究發(fā)展較快，成為金屬基復(fù)合材料研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。內(nèi)生復(fù)合的基本原理是在一定條件下，通過(guò)元素之間或元素與化合物之間的化學(xué)反應(yīng)，在金屬基體內(nèi)原位生成一種或幾種高硬度、高彈性模量的增強(qiáng)相，從而達(dá)到強(qiáng)化金屬基體的目的。內(nèi)生鋁基復(fù)合材料具有一下優(yōu)點(diǎn)：①增強(qiáng)體在鋁基體上原位形核長(zhǎng)大具有增強(qiáng)界面結(jié)合良好的互容性；②省去了增強(qiáng)物質(zhì)的預(yù)處理，簡(jiǎn)化了工藝流程，成本也相對(duì)降低；③增強(qiáng)相顆粒細(xì)小，往往處于微米級(jí)或微米級(jí)以下，能保證鋁基復(fù)合材料不但有良好的韌性和高溫性能，而且有很高的強(qiáng)度和彈性模量；④能與鑄造工藝結(jié)合，直接制造出形狀復(fù)雜，尺寸變化大的近終形產(chǎn)品。然而，內(nèi)生鋁基復(fù)合材料鑄件存在內(nèi)生相的均化問(wèn)題，對(duì)于那些在長(zhǎng)時(shí)間熔煉保溫的金屬液，已形成的內(nèi)生相在金屬液內(nèi)容易聚結(jié)、偏析，而且在澆注模具后慢速凝固過(guò)程中，內(nèi)生相常偏析于樹(shù)枝晶間或晶粒邊界，對(duì)材料組織和性能產(chǎn)生不良影響。同時(shí)，內(nèi)生相的體積分?jǐn)?shù)，主要是通過(guò)調(diào)整材料的配方進(jìn)行控制，造成工藝繁瑣，成本較高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明是通過(guò)提供一種內(nèi)生鋁基復(fù)合材料鑄件制備方法，實(shí)現(xiàn)內(nèi)生鋁基復(fù)合材料鑄件組織均勻、內(nèi)生相體積分?jǐn)?shù)可調(diào)和變體積分?jǐn)?shù)的目標(biāo)，開(kāi)辟制備內(nèi)生鋁基金屬?gòu)?fù)合材料鑄件的新途徑。本發(fā)明的技術(shù)方案是通過(guò)以下進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，具體為：一種內(nèi)生鋁基復(fù)合材料鑄件制備方法，其步驟包括：第一步：合金配比；第二步：將熔點(diǎn)組元制備成中間合金；第三步：將中間合金破碎與低熔點(diǎn)組元熔煉制成母合金；第四步：將母合金熔化，注入模具中；第五步：采用加熱方式，調(diào)節(jié)加熱功率，控制加熱溫度，將母合金加熱至完全融化狀態(tài)，保溫后浸入到冷卻介質(zhì)中，快速凝固成型。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：1、首先熔煉母合金錠，然后合金錠融化在模具中成型后，最后調(diào)節(jié)內(nèi)生相的體積分?jǐn)?shù)分。避免常規(guī)熔煉長(zhǎng)時(shí)間保溫過(guò)程中內(nèi)生相在金屬液內(nèi)聚結(jié)、偏析的問(wèn)題；2、浸入冷卻介質(zhì)為冷卻能力極強(qiáng)的液態(tài)合金，實(shí)現(xiàn)快速冷卻，解決了現(xiàn)有的金屬液注入模具緩慢冷卻過(guò)程中，內(nèi)生相偏析于樹(shù)枝晶間或晶粒邊界的問(wèn)題；3、通過(guò)調(diào)節(jié)加熱功率，控制加熱溫度，可以調(diào)節(jié)內(nèi)生相的體積分?jǐn)?shù)，與常規(guī)的通過(guò)變化配方調(diào)節(jié)內(nèi)生相體積分?jǐn)?shù)的方法相比，成本低、效率高；4、可以控制鑄件不同部位的溫度，實(shí)現(xiàn)同一試樣不同部位的內(nèi)生相的體積分發(fā)生變化。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明實(shí)施例內(nèi)生鋁基復(fù)合材料鑄件制備流程；圖2是本發(fā)明實(shí)施例內(nèi)生鋁基復(fù)合材料鑄件制備原理示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例750℃內(nèi)生鋁基復(fù)合材料鑄件微觀組織；圖4是本發(fā)明實(shí)施例800℃內(nèi)生鋁基復(fù)合材料鑄件微觀組織。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施方式的限制。結(jié)合圖1、圖2所示，圖2中，1為感應(yīng)加熱裝置，2為模具，3為鑄件熔化部分，4為鑄件凝固部分，5為抽拉機(jī)構(gòu)，6為冷卻液；一種內(nèi)生鋁基復(fù)合材料鑄件制備方法，包括以下步驟：第一步：合金配比；根據(jù)鋁基復(fù)合材料成分配方，計(jì)算各組元質(zhì)量，采用高純組元進(jìn)行配比。第二步：將熔點(diǎn)組元制備成中間合金；首先將高熔點(diǎn)組元熔制成中間合金錠，以確保獲得成分均勻的中間合金；第三步：將中間合金破碎與低熔點(diǎn)組元熔煉制成母合金；將中間合金破碎，與低熔點(diǎn)組元按設(shè)計(jì)成分配比混合后放入預(yù)處理過(guò)的坩堝內(nèi)，熔煉成母合金。第四步：將母合金熔化，注入模具中；將適量母合金錠表面機(jī)械打磨放入坩堝中，加熱重熔后，注入模具中。模具的幾何尺寸和形狀可根據(jù)產(chǎn)品的要求進(jìn)行調(diào)整。第五步：采用感應(yīng)線圈加熱方式加熱模具，調(diào)節(jié)加熱功率，控制加熱溫度，加熱溫度為750-950℃,保溫時(shí)間10分鐘，將母合金加熱至完全融化狀態(tài)，保溫后浸入到冷卻Ga-In-Sn液態(tài)合金中，浸入冷卻介質(zhì)的速率控制在10-20mm/s，快速凝固成型。采用感應(yīng)線圈加熱方式加熱模具，將模具內(nèi)的合金加熱到完全融化（模具未融化）。由于內(nèi)生相的固溶度與溫度相關(guān)，因此不同溫度條件下內(nèi)生相的體積分?jǐn)?shù)是不同的。通過(guò)調(diào)節(jié)加熱功率控制溫度，調(diào)整內(nèi)生相的體積分?jǐn)?shù)，浸入冷卻介質(zhì)為冷卻能力極強(qiáng)的Ga-In-Sn液態(tài)合金，快速冷卻。實(shí)施例1(1)合金配比本發(fā)明制備內(nèi)生相TiB2增強(qiáng)ZAlCu5MnA鋁基復(fù)合材料，高熔點(diǎn)組元重量百分比見(jiàn)表1，低熔點(diǎn)組元重量百分比見(jiàn)表2，高熔點(diǎn)組元與低熔點(diǎn)組員重量之比為4:1。表1高熔點(diǎn)組元重量百分比(%)組元AlCuMnTi重量/%其余4.8-5.30.6-1.00.15-0.35表2低熔點(diǎn)組元重量百分比(%)組元K2TiF6KBF4重量/%3466(2)母合金的制備將高熔點(diǎn)組元Al、Cu、Mn、Ti的表面機(jī)械打磨去掉表面的氧化皮后，按照選定/設(shè)計(jì)好的成分配比料備料，熔化獲得中間合金；第二步將去除氧化皮后的中間合金破碎，與低熔點(diǎn)組元K2TiF6、KBF4按設(shè)計(jì)成分配比混合后放入預(yù)處理過(guò)的坩堝內(nèi)，在感應(yīng)爐中熔煉成母合金。(3)試樣成型將母合金錠表面機(jī)械打磨，熔化后注入模具中。（4）快速凝固將裝有母合金的模具放入感應(yīng)熔煉裝置中，調(diào)節(jié)加熱功率加熱到750℃，內(nèi)生相的體積分?jǐn)?shù)為10%，保溫10min，然后以15mm/s的抽拉速率浸入冷卻介質(zhì)為冷卻能力極強(qiáng)的Ga-In-Sn液態(tài)合金。圖3為750℃快速凝固條件下，內(nèi)生鋁基復(fù)合材料鑄件微觀組織掃描照片。通過(guò)圖片可以看出內(nèi)生相分布均勻，不存在聚結(jié)和偏析于晶界的問(wèn)題。實(shí)施例2合金配比、母合金制備和試樣成型采用與實(shí)施例1相同的制備方法，快速凝固工序中加熱溫度為800℃，內(nèi)生相的體積分?jǐn)?shù)為8%，見(jiàn)圖4。事實(shí)證明，通過(guò)調(diào)調(diào)節(jié)加熱功率，控制重熔溫度，可以調(diào)節(jié)內(nèi)生相的體積分?jǐn)?shù)。實(shí)施例3合金配比、母合金制備和試樣成型采用與實(shí)施例1相同的制備方法，快速凝固工序中試樣的下半部加熱到750℃，浸入冷卻介質(zhì)為冷卻能力極強(qiáng)的Ga-In-Sn液態(tài)合金，得到內(nèi)生相體積分?jǐn)?shù)為10%的組織。試樣的上半部在感應(yīng)加熱的區(qū)域加熱到800℃，浸入冷卻介質(zhì)為冷卻能力極強(qiáng)的Ga-In-Sn液態(tài)合金，得到內(nèi)生相體積分?jǐn)?shù)為8%的組織。實(shí)現(xiàn)變體積分?jǐn)?shù)試樣的制備。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3