[发明专利]添加稀土Ce元素降低铝基复合材料热裂倾向性的方法

说明书

本发明公开了一种添加稀土Ce元素降低铝基复合材料热裂倾向性的方法。以ZL205A合金为基体材料，首先利用原位自生熔体技术制备微纳颗粒TiB₂增强ZL205A复合材料，然后向含有TiB₂颗粒的复合材料熔体中添加0.2%的稀土Ce元素，从而降低铝基复合材料的热裂倾向性。本发明可以在不降低其强度和韧性的情况下，降低5TiB₂/ZL205A复合材料的热裂倾向性，细化了该系列复合材料的晶粒，提高了其材料的性能，提高了材料的使用寿命。

技术领域

本发明涉及高强度、韧性铝基复合材料热裂倾向性研究领域，具体涉及一种添加稀土Ce元素降低铝基复合材料热裂倾向性的方法。

背景技术

铝基复合材料具有高强度、高韧性，耐腐蚀性等优良性能。因为铝基复合材料密度较低，所以质量轻，强度高，适合做受力结构件。因此现阶段广泛的运用在航天、汽车、船舶等领域，如大飞机的机身，飞机起落架等都有用到ZL205A系列的铝基复合材料。但是在该材料的成型过程中，如铸造和焊接过程中，当材料凝固时，容易产生热裂、偏析、气孔等缺陷。其中热裂倾向性对材料的性能影响很大，减少材料的使用寿命，有时甚至会导致材料失效从而造成很大的经济损失和人民财产损失，因此研究如何降低材料的热裂倾向性很有必要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种添加稀土Ce元素降低了铝基复合材料热裂倾向性的方法，该方法可以细化材料晶粒，提高材料的强度和韧性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种添加稀土Ce元素降低铝基复合材料热裂倾向性的方法，包括以下具体步骤：

S1、利用原位自生熔体技术制备5TiB₂/ZL205A复合材料；

S11、先计算ZL205A合金质量的5%为TiB₂颗粒的质量，根据此方程式，计算出氟硼酸钾和氟钛酸钾及纯铝的各自质量，将氟硼酸钾和氟钛酸钾粉末混合均匀，然后放入250℃的保温炉中保温两小时，再将其用铝箔纸包成若干小包；

6KBF₄+3K₂TiF₆+10Al＝9KAlF₄+K₃AlF₆+3TiB₂

S12、将预先称量好的ZL205A合金放入预先置于300℃左右的保温炉中预热保温的坩埚内熔炼，待合金完全熔化后，温度维持在850℃，加入用铝箔包装的氟硼酸钾（KBF₄）和氟钛酸钾(K₂TiF₆)，用钟罩将其压入合金熔体内，不搅拌，保温1小时。

S13、待金属熔体温度降至750℃时，除去金属熔体表面已反应的残盐和熔渣，具体的方法，采用倾倒法除去残盐和熔渣，首先将坩埚倾斜至刚好金属熔体不流出来，此时表面的一部分残盐被倒出，之后用铁勺沿着坩埚四壁向外瓢出剩余的残盐和熔渣；

加入除渣剂，对金属熔体进行精炼，具体的方法，采用的除渣剂为六氯乙烷，加入除渣剂的量为氟硼酸钾和氟钛酸钾总质量的10%，分两次加入，每次加入5%，并每次搅拌30~60秒，然后在750℃时保温10~20分钟，最后除渣，按此方法对金属熔体精炼两次；

S2、将质量占含TiB₂颗粒的复合材料质量的0.2%的稀土Ce元素和根据总的化学反应方程式计算并称量好的纯铝一起加入到金属熔体里，将炉内温度升高至800℃保温30分钟左右；待稀土Ce熔化后，需用石墨棒搅拌，搅拌1~2次，每次需搅拌金属熔体30~60秒，搅拌时间间隔为10~20分钟，然后在750℃时保温30分钟；待金属熔体温度降到740℃时出炉，再次搅拌10~30秒后，除去表面熔渣和氧化皮，当金属熔体温度降到大于浇铸温度10℃左右时，采用预先置于250℃的保温炉中预热保温的模具内进行浇注。