[发明专利]一种大体积分数纳米级Al-TiB2

说明书

一种大体积分数纳米级Al‑TiB₂中间合金及其制备方法，属于中间合金技术领域。物相组成包括α‑Al、TiB₂，其中Al粉：B粉：Ti粉＝(2.9‑3.5)：(2.5‑2.7)：(1.0‑1.2)(mol)，铝锭的质量百分比：67.5‑69.0％，Al粉、Ti粉和B粉的总质量百分比为：31.0‑32.5％，其中铝箔质量所用较少可以忽略。按要求称量B粉、Ti粉、Al粉、铝锭，其中铝锭纯度99.9％，B粉纯度为96％，先将Ti粉、B粉、Al粉混合均匀，混合后用铝箔包覆成块，然后将铝锭加热熔化，覆盖冰晶石；将熔体升温，用石墨钟罩把铝箔包裹成块体压入Al液中，静置反应至块体熔化，搅拌。反应完全后压入C₂Cl₆精炼，扒渣，得到Al‑TiB₂中间合金。本发明制备的中间合金无TiAl₃等脆性相，体积分数在20％以上，TiB₂平均颗粒尺寸为200‑300nm。

技术领域

本发明属于中间合金技术领域，特别涉及一种环保型大体积分数纳米级Al-TiB₂中间合金的制备方法。

背景技术

二硼化钛(TiB₂)是硼和钛最稳定的化合物，TiB₂具有高的熔点、高的强度、高的硬度、高的弹性模量、优异的耐磨性、良好的导电性、优异的化学稳定性和优良的抗热性能等优点。被应用于刀具及电极制造等工业领域。近几十年来，TiB₂被广泛地应用于Al基复合材料中，对提高复合材料的各项性能做出重大贡献。而内生的TiB₂由于技术水平的落后和反应物杂质多造成TiB₂颗粒尺寸较大，颗粒较少，杂质相难以去除，颗粒形貌不合标准，颗粒易聚集等。目前工业上通过混合盐反应法制备Al-TiB₂中间合金，其生产工艺为：在750-850℃的温度下，向熔化的铝锭中添加K₂TiF₆和KBF₄，然后通过机械搅拌使其充分反应。利用混合盐反应法制备的Al-TiB₂中间合金中，存在尺度大的长条形状的TiAl₃相，长度平均在80-120μm，该相在复合材料中将作为一种脆性相，容易引起断裂，同时其制备过程中会产生严重的污染问题。本实验采用新型制备方法铝箔包覆法成功制备出了无 TiAl₃等脆性相，且制备过程环保、生产周期短且具有纳米级大体积分数的Al-TiB₂中间合金。

发明内容

本发明采用铝箔包覆法，利用原料来源广泛的B粉、Ti粉、Al 粉，研制一种制备过程环保、洁净、颗粒含量高的Al-TiB₂中间合金。

一种大体积Al-TiB₂中间合金，其特征在于，物相组成包括α-Al、 TiB₂，其中Al粉：B粉：Ti粉＝(2.9-3.5)：(2.5-2.7)：(1.0-1.2)(mol)，铝锭的质量百分比：67.5-69.0％，Al粉、Ti粉和B粉的总质量百分比为：31.0-32.5％，其中铝箔质量所用较少可以忽略。TiB₂平均颗粒尺寸为200-300nm，TiB₂颗粒分散相对均匀，体积分数在20％以上；上述中间合金的制备方法其颗粒尺寸及含量明显高于熔体自蔓延方法制备的纳米级Al-TiB₂中间合金，且制备过程环保，反应速度快，省去烘干和压块工艺。

上述中间合金的制备方法，其特征在于，Ti和B以单质粉末颗粒状加入，采用铝箔包覆反应法制备，具体包括以下步骤：

(1)按照比例准备原料B粉、Ti粉、Al粉、铝锭，其中Al粉： B粉：Ti粉＝(2.9-3.5)：(2.5-2.7)：(1.0-1.2)(mol)，铝锭的质量百分比：67.5-69.0％，Al粉、Ti粉和B粉的总质量百分比为：31.0-32.5％，其中铝箔质量所用较少可以忽略。；