[发明专利]一种Al‑Mg2Si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领域，具体涉及一种Al₃CuNi和Al₇Cu₄Ni复合增强Al-Mg₂Si基复合材料及其制备方法。

背景技术：

由于Mg₂Si具有低密度、高熔点、高硬度、高弹性模量等优点，其可作为铝基复合材料的增强体，从而起到第二相颗粒增强的作用。与外加陶瓷颗粒SiC、TiC、TiB₂、Al₂O₃等复合材料相比，Mg₂Si增强铝基复合材料由于其增强相Mg₂Si是在凝固过程中原位生成，故与基体相容性好、界面干净、结合牢固、热稳定性好，且增强体分布更为均匀，制造工艺相对简单，成本低廉，复合材料的切削加工性和成形性也远优于陶瓷颗粒增强的铝基复合材料。因此，Al-Mg₂Si复合材料在汽车等领域有着巨大的市场潜力和广泛的应用前景，但缺点是高温性能还有待提高。

异相强化是一种对铝合金及其复合材料最有效的高温强化机制。异相强化主要靠各种金属间化合相,而沿晶界分布的耐热金属间化合物对高温强度的贡献最大。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种Al₃CuNi和Al₇Cu₄Ni复合增强Al-Mg₂Si基复合材料及其制备方法，在不降低Al-Mg₂Si基复合材料室温强度的同时，引入形状复杂且热稳定好的强化相(Al₃CuNi和Al₇Cu₄Ni相)，提高材料的高温强度。该制备方法生产成本低、工艺简便、适合工业化生产。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种Al-Mg₂Si基复合材料，其特征在于，所述Al-Mg₂Si基复合材料由基体和增强相组成，基体为Al，增强相为Mg₂Si、Al₃CuNi和Al₇Cu₄Ni，其中Al₃CuNi相由铜和镍溶解后与铝共同反应生成，Al₇Cu₄Ni相由部分Al₃CuNi通过包晶反应转变而成，具体元素组成为：

所述Al₃CuNi相呈条带状，Al₇Cu₄Ni相呈鱼骨状。

一种Al-Mg₂Si基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)首先按以下质量百分比准备所需原料：47.5-77.5％的纯铝、9.5％的纯镁、5.5％的纯硅、5％-22.5％ 铝-铜中间合金、2.5％-15％铝-镍中间合金，按照Cu:Ni质量百分比为3:1进行配料；

(2)在熔炼炉中将纯铝熔化至750℃-850℃，先加入纯硅，待完全熔化后搅拌5-15分钟，温度降至600℃--700℃，将纯镁压入熔体底部保温10分钟，加入0.5wt.％的C₂C1₆除气除渣；

(3)将温度升高到750℃-850℃，加入铝-铜中间合金和铝-镍中间合金，保温并搅拌5-30分钟后浇注成锭。

步骤(3)中铝-铜中间合金中铜的质量百分比为20％-30％、铝-镍中间合金中镍的质量百分比为10％-20％。

本发明的铝基复合材料中Mg与Si反应生成Mg₂Si相，在凝固过程中首先析出。铝-铜中间合金和铝-镍中间合金中的铜和镍溶解后与铝共同反应先生成Al₃CuNi相，再通过包晶反应部分Al₃CuNi转变为Al₇Cu₄Ni相，制备过程中无需特殊设备，制备工艺较简单。在保持复合材料中原有Mg₂Si增强作用的同时，引入耐热相Al₃CuNi和Al₇Cu₄Ni提高材料的高温性能，适合大规模生产和应用。

具体实施方式：