一种原位Al3Ti金属间化合物颗粒增强铝基复合材料的制备方法

摘要

一种原位生成Al3Ti金属间化合物颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征是首先将氟钛酸钾粉末在250～300℃下烘烤2～3h；将铝硅合金放入石墨坩埚内加热至760～800℃，保温10～15min;将预热过的超声变幅杆浸入到熔体中，超声3～5min，超声的同时每隔10～15s将上述粉末按占铝硅合金的质量数2～10wt.%加入到铝硅合金熔体中；将熔体降温至710～720℃，以700～800W的功率，继续对熔体超声1～2min。本发明得到的铝基复合材料组织结构有显著的改善：晶粒变小，硅相由原来的长条状、短棒状及颗粒状变成细小的纤维状，生成的Al3Ti增强相呈细小块状、颗粒状，分布较弥散。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在超声辅助下制备原位Al₃Ti颗粒增强铝基复合材料的方法。

背景技术

原位生成法是目前制备颗粒增强金属基复合材料的主要方法，它是在一定条件下，通过元素之间或元素与化合物之间的化学反应，在金属基内原位生成一种或几种高硬度、高弹性模量的陶瓷或金属间化合物作为增强相，从而达到强化基体金属的目的。原位合成法因增强相尺寸小、热稳定性好、与基体润湿性好、界面结合牢固等优点已成为铝基复合材料中的一个重要发展方向。Al₃Ti是一种非常理想的原位增强颗粒，具有密度低、熔点高、弹性模量高、高温抗氧化性能好、热膨胀系数与基体合金的差别小等优点。但如果用传统的机械搅拌方法制备复合材料时，组织及性能均不够理想，而在金属基复合材料制备过程中施加高能超声能显著改善增强颗粒与基体的润湿性,细化组织，提高材料的性能，并对基体组织还有除气、除渣作用，且设备简单,污染少。因此，将高能超声处理与传统的铸造成形工艺相结合已受到诸多研究者的关注。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位合成Al₃Ti颗粒增强铝基复合材料的方法。  

本发明所述的制备工艺为：首先将氟钛酸钾粉末在250～300℃下烘烤2～3h；将铝硅合金放入石墨坩埚内加热至760～800℃，保温10～15min; 将预热过的超声变幅杆浸入到熔体中，在超声功率及频率分别为600～700W，20kHz的条件下, 超声3～5min，超声的同时以0.4～1.4g/s的加入速度将烘烤后的氟钛酸钾粉末按占铝硅合金的质量数2～10 wt.% 加入到铝硅合金熔体中；将熔体降温至710～720℃，以700～800W的功率，继续对熔体超声1～2min,精炼除渣后浇入到金属模中，待冷却取样。

本发明得到的铝基复合材料组织结构有显著的改善：晶粒变小，硅相由原来的长条状、短棒状及颗粒状变成细小的纤维状，生成的Al₃Ti增强相呈细小块状、颗粒状，分布较弥散。这较大程度地提高了铸件的力学性能。此工艺成本低，操作简便，安全可靠。

 

附图说明

图1为本发明实施实例2条件下制备的原位Al₃Ti颗粒增强铝基复合材料的光学显微组织形貌。

具体实施方式

本发明将通过以下实施实例作进一步说明。

本实施实例中所述的原位合成制备铝基复合材料，是通过外加超声辅助与原位反应相结合制备的，对熔体在不同温度和时间段施加了不同参数的超声。

实施实例1。

首先将氟钛酸钾粉末在250℃下烘烤3h；将铝硅合金放入石墨坩埚内加热至760℃，保温10min; 将预热过的超声变幅杆浸入到熔体中，在超声功率及频率分别为600W，20kHz的条件下, 超声3min，超声的同时以1.4g/s的加入速度将烘烤后的氟钛酸钾粉末按占铝硅合金的质量数4wt.% 加入到铝硅合金熔体中；将熔体降温至710℃，以750W的功率，继续对熔体超声1min,精炼除渣后浇入到金属模中，待冷却取样。

实施实例2。

首先将氟钛酸钾粉末在300℃下烘烤2h；将铝硅合金放入石墨坩埚内加热至780℃，保温15min; 将预热过的超声变幅杆浸入到熔体中，在超声功率及频率分别为700W，20kHz的条件下, 超声4min，超声的同时以0.4g/s的加入速度将烘烤后的氟钛酸钾粉末按占铝硅合金的质量数10 wt.% 加入到铝硅合金熔体中；将熔体降温至720℃，以800W的功率，继续对熔体超声2min,精炼除渣后浇入到金属模中，待冷却取样。

    实施实例3。

首先将氟钛酸钾粉末在250℃下烘烤2h；将铝硅合金放入石墨坩埚内加热至780℃，保温10min; 将预热过的超声变幅杆浸入到熔体中，在超声功率及频率分别为600W，20kHz的条件下, 超声3min，超声的同时以0.4g/s的加入速度将烘烤后的氟钛酸钾粉末按占铝硅合金的质量数2wt.% 加入到铝硅合金熔体中；将熔体降温至710℃，以700W的功率，继续对熔体超声1min,精炼除渣后浇入到金属模中，待冷却取样。

    实施实例4.

首先将氟钛酸钾粉末在300℃下烘烤3h；将铝硅合金放入石墨坩埚内加热至800℃，保温15min; 将预热过的超声变幅杆浸入到熔体中，在超声功率及频率分别为650W，20kHz的条件下, 超声5min，超声的同时以1.4g/s的加入速度将烘烤后的氟钛酸钾粉末按占铝硅合金的质量数6wt.% 加入到铝硅合金熔体中；将熔体降温至720℃，以750W的功率，继续对熔体超声2min,精炼除渣后浇入到金属模中，待冷却取样。

附图1为本发明实施实例2条件下制备的原位Al₃Ti颗粒增强铝基复合材料的光学显微组织形貌，图中可见，所获得的铝基复合材料显微组织得到了显著的改善，晶粒细化，变得较圆整，硅相由原来的长条状、短棒状及颗粒状变成细小的纤维状，而且生成的Al₃Ti增强相呈细小的块状、颗粒状，分布较弥散，这大大地提高了铸件的力学性能。