[发明专利]一种富铝金属间化合物增强铝基复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明一种富铝金属间化合物增强铝基复合材料制备方法，属于铝基复合材料制备和金属熔炼加工技术领域。 

背景技术

铝基复合材料是以铝或铝合金作为基体，以陶瓷颗粒或金属颗粒、晶须或短纤维、长纤维为增强体的复合材料。其中颗粒增强铝基复合材料由于制备工艺简单、易于加工成形、成本低廉，在汽车和航空航天等领域具有广泛的应用前景。且颗粒增强铝基复合材料解决了纤维增强铝基复合材料增强纤维制备成本昂贵的问题，而且材料各向同性，克服了制备过程中出现的诸如纤维损伤、微观组织不均匀、纤维与纤维相互接触、反应带过大等影响材料性能的许多缺点。所以颗粒增强铝基复合材料已成为当今世界金属基复合材料研究领域中的一个重要的热点，并日益向工业规模化生产和应用的方向发展。 

铝基复合材料在汽车生产上主要用于制造活塞以及其他汽车零部件。日本本田汽车公司就首先在汽缸体活塞上应用了Al₂O₃短纤维增强铝合金复合材料，并实现了大规模工业化生产，而且在发动机缸体的缸套采用了FRM，替换了传统的铸铁缸套，它用Al₂O₃与碳纤维的混合物作为增强体，在铝合金缸体的内表面层形成2 mm后的FRM层，其中纤维体含量为体积的12%-15%，使用后，缸体的滑动摩擦性，回转响应性等性能以及汽车的操作性能大大提高。日产汽车公司采用了铝基复合材料后，使汽车重量减轻了40%左右。英国AE公司制造的柴油发动机用的铝基复合材料缸套，其机械变形和热变形减少，从而使缸套的冷却效率提高，活塞的磨损减小，油耗降低。 

近年来国内大多数研究者基本上都采用原位生成颗粒增强铝基复合材料，原位铝基复合材料具有强化相多、设计性广、晶粒细小、综合性能好、增强体与基体界面结合牢固且结合强度高、成本相对较低且能进行近终型铸造等优势。代表性的复合材料有TiB₂和Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料。另外双相或多相颗粒增强铝基材料已引起人们的重视，如采用搅拌铸造和原位反应合成相结合的方法，制备了（TiB₂+SiC）/ZL109复合材料，弥补了单一的SiC颗粒强化的不足，复合材料的硬度比基体提高34.8%。原位反应合成（TiB₂+Al₃Ti）/Al6Si4Cu复合材料，其抗拉强度、硬度分别比AlSi6Cu4合金提高20%、29.6%。利用混合盐作用反应的方法合成Al₃Ti/Al复合材料，结果表明，Al₃Ti/Al复合材料的吸振能力比铝基的要高，并且与增强物Al₃Ti的体积分数是成比例的。杨滨等人开发的搅拌熔铸-原位反应颗粒增强铝基复合材料制备技术（发表于航空材料学报，1999年，19（4））用＜75μm的铝粉和＜50μm的钛粉和＜1μm的非晶硼粉或＜75μm石墨粉混合后压块加入工业纯铝中制备原位反应、体积分数为3%的TiB₂/Al和TiC/Al复合材料；但是这些技术制备复合材料时熔体温度需加热至800-1000℃。 

为了提高车辆发动机箱体用材料渐渐不能满足车辆发动机功率增加对其高温性能的要求，解决现有技术存在的使用外加陶瓷颗粒Al₂O₃、SiC等带来的界面不好，脆性大以及原位反应生成的金属间化合物带来的其他副产物且熔体加热温度过高等缺点，本发明提出一种采用球磨工艺制备亚微米级的富铝金属间化合物Al₃M颗粒增强铝基复合材料制备方法，在常规熔炼温度下制备的发动机箱体用复合材料具有良好界面和力学性能。Al和过渡族金属M（Ti，Zr，V，Nb，Er）等元素形成的Al₃M金属间化合物同Al基体具有较低的错配度，且具有低密度，高弹性模量，高熔点等优点，因此这些具有低扩散系数的Al₃M金属间化合物是进一步提高铝合金高温性能的理想的弥散强化相。 

发明内容

本发明克服现有技术的不足，所要解决的技术问题是提供一种直接加入法制备富铝金属间化合物增强铝基复合材料的方法，该方法将球磨后的复合金属粉末直接加入或转化为金属间化合物颗粒后直接加入铝合金熔体中，能够得到界面良好、力学性能优良的铝基复合材料。 

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种富铝金属间化合物增强铝基复合材料制备方法，包括如下步骤：