[发明专利]一种原位制备纳米颗粒增强铝基复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属金属基复合材料制备技术领域，具体涉及一种结合高能球磨的熔体原位反应制备纳米颗粒增强铝基复合材料的方法。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料具有高的比强度、比刚度、耐磨、耐疲劳、低密度、良好的尺寸稳定性和导热性等优异的物理性能和力学性能，在航空航天、汽车、电子、光学等领域具有广泛的用途。世界各国从这类材料的制备工艺、组织结构、力学性能、导热性能、热膨胀性能以及耐磨性等各方面投入巨额资金进行研究和开发。

目前，原位熔体反应法制备颗粒增强铝基复合材料成为世界各国研究人员和工程技术开发人员关注的重点，这主要是由于增强体是在金属熔体内原位生成的高硬度、高弹性模量的热力学稳定陶瓷相，其含量、大小及分布可以更好地加以控制，省去了增强相单独合成、处理和加入等程序，同时可以浇铸成各种形状复杂的零部件，从而具有工艺简单、制备成本低等优点，是一种很有前途的合成技术，在技术上和经济上占有绝对优势。但是，目前铝基复合材料的熔体原位反应合成技术的制备工艺还有待于进一步完善，特别是在降低反应温度、缩短反应时间、改善原位内生颗粒的分布性等方面还需要进一步优化。

对现有技术文献的检索发现，针对原位铝基复合材料的熔体反应制备技术有不少文献报道，如中国专利号200710190192.7(名称“一种内生亚微米TiB₂颗粒增强铝基复合材料及其制备工艺”)，该技术将工业纯铝锭完全熔化后，用覆盖剂覆盖铝熔体，升温致660～900℃保温；铝熔体保温后，在750～900℃加入经烘干的Al-Ti中间合金、KBF₄或NaBF₄反应盐，并搅拌30～60min；反应结束后，清除反应盐渣，加入工业纯Zn、Mg、Al-Cu、Al-Zr中间合金，精炼除气处理，扒去浮渣，静置后浇入铸模；铸坯均匀化处理，车皮，再热挤压或轧制加工；挤压或轧制后的复合材料进行固溶时效处理，室温水淬，得到超高强铝基复合材料。在该专利技术中，Al-Ti中间合金和KBF₄或NaBF₄盐的反应温度高，为750～900℃，这对于复合材料的产业化生产不利。同时，反应时间较长，为30～60min。中国专利号03115677.0(名称“混合盐法制备铝基复合材料的方法”)，该技术将基体合金在一定温度下熔化，加入反应盐KBF₄和K₂TiF₆以及反应助剂Na₃AlF₆和MgCl₂，并采用高纯石墨桨施加搅拌，反应一段时间后除渣精炼浇铸，制得复合材料。该技术采用的反应温度也比较低，为720～760℃，反应时间10～30min，但是由于在反应过程中添加了反应助剂，工艺过程复杂化，同时也会导致在复合材料熔体中产生大量的盐渣，尽管进行了除渣处理，但是所制备的复合材料性能不是太高，有待于进一步提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种反应物收得率高，熔体原位反应温度低，反应时间短，颗粒体积分数可控的原位制备纳米颗粒增强铝基复合材料的方法，

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种原位制备纳米颗粒增强铝基复合材料的方法，包括以下步骤：

（1）将Al粉、TiO₂粉和B₂O₃粉分别在真空干燥箱中烘干1h～2h，烘干温度为180～250℃，除去粉末中的水分；

（2）将步骤（1）中干燥后的粉末混合，得到混合粉末，并放入真空球磨罐中，其中TiO₂粉与B₂O₃粉的质量比为1～1.2:1，TiO₂粉和B₂O₃粉之和与Al粉的质量比为1:1～2。

（3）按照球料与混合粉末的质量比为5～15:1，加入不锈钢磨球，封闭球磨罐；

（4）将步骤（3）封闭的球磨罐抽真空；然后，向球磨罐中充入氩气，使罐内保持0.1～0.3MPa的压力，接着对上述球磨罐再进行抽真空；重复进行若干次，防止空气残留在球磨罐中；

（5）在350～450rpm转速下进行高能球磨5～9h；

（6）将铝锭在N₂保护下熔化，并在700～800℃下保温，得到铝熔体；