[发明专利]一种双相颗粒增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料铸造领域，涉及一种铝基金属复合材料，具体为一种双相颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

2219铝合金是一种高强可处理强化铝合金，它具有良好的比强度、抗应力腐蚀性及良好的力学性能，在航空航天、国防等领域具有广泛的应用。近年来随着国防技术要求的提高，对材料性能的要求也越来越高，铝基复合材料以其优异的性能成为研究热点。

搅拌摩擦加工技术是在搅拌摩擦焊的基础上发展而来的采用搅拌摩擦加工制备纳米相增强基金属复合材料。现有技术中在搅拌摩擦加工制备钛颗粒增强AZ31镁基复合材料中研究了制备钛颗粒含量为20％与40％的镁-AZ31基复合材料。得到复合材料中的钛颗粒平均尺寸为200纳米，且当钛颗粒添加量为40％时，复合层中碎化的钛颗粒在镁基体中均匀分布复合层强度有明显提高。另外，现有技术中研究了FSP原位反应制备铝钛合金表面复合层，结果显示，在FSP中钛粉产生碎化，生成微米和亚微米级铝钛颗粒并均匀分布在铝合金基体中，使得机体表面硬度为原来的2倍多。此外，现有技术中向铝基材料中添加铝/二氧化硅粉末通过FSP形成氧化铝纳米增强颗粒制备复合材料。通过显微组织观察发现形成的氧化铝纳米颗粒大小约为20纳米，并且获得的复合材料具有优良的抗拉强度和断后伸长率。

在利用FSP技术制备颗粒增强铝基复合材料方面进行了大量研究，认为采用该方法可制备性能良好的铝基复合材料，但大多数研究都是集中在单相增强颗粒方面的研究，同时关于稀土在细化晶粒及改善材料性能方面的作用也为大家所熟知。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了克服现有技术的缺陷，获得一种具有良好比刚度、抗应力腐蚀性及良好力学性能的铝基复合材料，本发明提供了一种双相颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

技术方案：一种双相颗粒增强铝基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：钛11.2～18.9wt.％、二氧化硅6.7～15.2wt.％、纳米氧化铝1.3～5.6wt.％、铜2.5～7.5wt.％、锰4.3～7.9wt.％、铬4.3～8.9wt.％、氧化镧2.4～7.8wt.％、镁12.8～19.5wt.％、余量为铝。

优选的，钛元素的质量分数百分比为13.5～17.2wt.％。

优选的，二氧化硅的质量分数百分比为9.8～13.6wt.％。

优选的，纳米氧化铝的质量分数百分比为1.9～5.2wt.％。

优选的，铝元素与与铜元素的质量比大于10。

优选的，铝元素与锰元素的质量比大于12。

优选的，铝元素与镁元素的质量比大于5。

一种双相颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包含以下步骤：

(1)将氧化镧加入丙三醇中，m/v为1:8～23，置于球磨机内，分散均匀后，加入阳离子表面活性剂，超声处理1～4小时；

(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于40～56℃的烘箱中，去除丙三醇；

(3)将纯铝进行熔化，待其熔化一半时加入二氧化硅和纳米氧化铝，在690～750℃内保温1～5小时；

(4)添加钛、铜、锰、铬和镁后保温搅匀，在720～780℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置20～40分钟，再加入表面活性剂，在700～720℃撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；

(5)对铝合金熔体进行重力铸造，得到铝合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得双相颗粒增强铝基复合材料。

优选的，固溶处理的温度为490～530℃，时间为5～16小时。

优选的，时效处理的温度为215～260℃，时间为20～48小时。

有益效果：(1)本发明所述双相颗粒增强铝基复合材料具有良好比刚度、抗应力腐蚀性及良好力学性能；(2)本发明所述铝基复合材料的制备方法采用双相增强颗粒，结合钛金属与稀土元素的优良性能，使其产生协同效用。

具体实施方式

实施例1

一种双相颗粒增强铝基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：钛11.2wt.％、二氧化硅6.7wt.％、纳米氧化铝1.3wt.％、铜2.5wt.％、锰4.3wt.％、铬4.3wt.％、氧化镧2.4wt.％、镁12.8wt.％、余量为铝。

一种双相颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包含以下步骤：

(1)将氧化镧加入丙三醇中，m/v为1:8，置于球磨机内，分散均匀后，加入阳离子表面活性剂，超声处理1小时；