[发明专利]一种原位反应生成的Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒增强铝基复合材料的制备技术领域，特别涉及到一种原位反应生成的Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

氧化铝颗粒增强铝基复合材料(Al—MMCs)具有质量轻、比强度与比刚度高、耐高温性能好、抗磨性卓越，以及可用常规工艺和设备进行成型与处理等很多优良性能，除可用于航空航天工业和军事工业外，还可用于制造汽车的汽缸体、活塞、刹车摩擦件上。

现有技术中广泛使用氧化物直接加入Al熔体中，经过搅拌使其混合均匀。强化相氧化物可选用氧化铝或能与铝熔体反应的SiO₂,CuO,TiO₂或盐类NH₄Al(SO₄)₂ 。由于是液相反应或强化相分散，存在着反应温度高，强化相粗大和分散不均等问题。而固相粉末冶金法用于制备颗粒增强铝基复合材料，存在以下优势，可以任意调整强化相的比例，强化相分布均匀等优点。

目前，已近有关于Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料现有的专利。例如专利CN200710124776.4是把纳米氧化铝颗粒直接加入铝金属熔液，采用超声搅拌的方法使纳米氧化铝颗粒分散在铝熔液中，然后注入模具，得到轻金属基纳米复合材料。此发明专利的技术工艺具有简单，可控等优点，但是纳米颗粒是通过外加的方式进入基体，存在界面有污染，结合强度低等缺点。中国专利CN201010505574.6是采用硼砂类硼化物和K₂ZrF₆类氟化物粉剂为反应混合盐，采用熔体直接反应法在铝熔体内直接合成制备纳米氧化铝颗粒增强铝基复合材料。由于该反应的反应物和生成物都很复杂，反应过程中伴随着熔渣的产生，还有KF气体的释放，虽说此发明专利能得到单一的纳米氧化铝增强铝基复合材料，但是该工艺存在反应过程复杂，生产过程环境负荷大，有熔渣产生和气体释放等缺点。朱和国等研究了Al-TiO₂系XD合成铝基复合材料的反应基理（中国有色金属学报，15(2),2005,205-209）。朱和国等是采用纯Al和TiO₂粉末，以一定化学计量比进行配粉，球磨，冷挤压成直径为30mm，高度为10mm左右的压坯，将压坯在1000K左右的真空反应炉中保温一段时间，冷却到室温，得到Al₃Ti和Al₂O₃同时强化的铝基复合材料。其中强化相Al₃Ti是为粗大的棒状，细小的Al₂O₃颗粒在小范围偏聚，未呈弥散分布。因此，采用此制备工艺，未能得到理想的铝基复合材料组织。

发明内容

本发明的目的是采用粉末冶金的方法，制备出均匀分布的Al₂O₃强化相，并且强化相是通过烧结过程中的化学反应原位生成。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：

本发明的采用的是商业级别的微米Al粉和纳米TiO₂粉，粒径分别为50-100μm，小于100nm。原料粉按化学计量比称量后，球磨混粉，冷压成型后，置于保护气氛炉中烧结，在烧结过程中发生以下化学反应：

在高于Al熔点的温度，进行第二步烧结的过程中，Al粉首先熔化，由于经过第一步的初步致密化过程，熔化的Al粉与固态TiO₂接触，并开始反应，反应生成的是高熔点的Al₂O₃和Ti，因此在这个反应过程中Al液不会流出来，改变第一步所得形状。随后，生成的Ti与Al生成TiAl₃相。