[发明专利]一种纳米碳化钛增强2024铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提出了一种纳米碳化钛增强2024铝基复合材料及其制备方法，属于金属基复合材料制备领域，用以解决TiC纳米颗粒与2024铝基体界面结合不紧密、纳米颗粒团聚严重和2024铝基复合材料力学强度低的技术问题，制备步骤为将TiC纳米颗粒进行清洗干燥；将2024铝合金加热熔化，除气打渣后保温得到2024铝合金浆液，随后对2024铝合金浆液进行降温处理，形成半固态浆液；加入TiC纳米颗粒并进行机械搅拌，制得半固态混合浆液；将半固态混合浆液升温，形成混合熔体，采用预热后的超声杆进行超声振动处理并进行浇筑。本发明所制备的2024铝基复合材料中TiC纳米颗粒分布均匀、晶粒尺寸更小分布更均匀，拉伸强度提升明显。

技术领域

本发明属于金属基复合材料制备的技术领域，尤其涉及一种纳米碳化钛增强2024铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

铝合金因其优异的耐腐蚀性、耐低温性及焊接特性，被广泛用于航空航天、汽车工业及铁路运输等行业。如今随着科技水平的发展，传统合金已经无法满足日益增加的功能需求。纳米颗粒增强铝基复合材料作为一种新型功能材料因其具有高的比模量、强度、硬度、耐腐蚀、耐磨性等优点，在航空航天、汽车制造等领域有广泛的应用前景。为提高铝合金的力学性能，通常采用纳米颗粒与其复合进行增强，制备纳米颗粒增强铝合金基复合材料。因纳米碳化钛(TiC)具有高硬度、熔点、密度、热膨胀系数及与铝有相近的晶格结构等特点，成为纳米颗粒增强铝基复合材料研究的方向之一。

然而大量研究表明，利用传统搅拌铸造方法，基体熔液流动性差、TiC纳米颗粒与铝基体润湿性差、TiC纳米颗粒与铝基体界面结合不紧密、纳米颗粒团聚严重很难均匀分布在基体内等问题，这制约了纳米颗粒增强铝基复合材料性能的提升。有研究表面采用超声处理的方式可以提高纳米颗粒在铝合金中的分散性，例如专利公布号CN110747361A公开基于超声和机械搅拌的硼化钛增强铝基复合材料制备方法，先采用机械搅拌后进行超声处理，以此获得的纳米硼化钛增强铝基复合材料中的纳米TiB2颗粒分布均匀，无团聚现象。专利公布号CN112795800A公开了一种2219铝基高熵合金复合材料的超声辅助制备方法，将AlCoCrFeNi高熵合金颗粒加入到2219铝熔体内；将预热的超声工具杆插入铝熔体内进行超声振动处理，最终获得的2219铝基AlCoCrFeNi高熵合金复合材料的力学强度得到明显提升。但是，仅采用机械搅拌或/和超声处理的方式制备碳化钛颗粒增强铝基复合材料时，仍存在TiC纳米颗粒与铝基体界面结合不紧密、纳米颗粒团聚严重等问题，特别是在制备2024铝合金中表现更为明显，导致所制备铝基复合材料的力学性能提升有限。

发明内容

针对TiC纳米颗粒与2024铝基体界面结合不紧密、纳米颗粒团聚严重和2024铝基复合材料力学强度低的技术问题，本发明提出一种纳米碳化钛增强2024铝基复合材料及其制备方法，所制备的2024铝基复合材料中TiC纳米颗粒分布均匀，同时晶粒尺寸更小分布更均匀，拉伸强度提升明显。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种纳米碳化钛增强2024铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：称取一定量的2024铝合金铸锭备用；

第二步：称取一定量的TiC纳米颗粒，放置在盛有丙酮溶液的烧杯中，将此烧杯在超声波清洗装置中清洗5-20分钟，后静置1-10分钟，滤去悬浮液，再将清洗后的TiC纳米颗粒放置在干燥机中进行干燥处理，干燥温度60-80℃，干燥时间1-5小时；

第三步：将称取好的2024铝合金铸锭装进坩埚放置在已经设置好温度为750-850℃的电阻炉中，除气打渣后保温2-5个小时，然后将电阻炉的温度降至620-650℃，形成半固态浆液；

第四步：向形成的半固态浆液中加入干燥的TiC纳米颗粒，进行机械搅拌，待TiC纳米颗粒全部加入到熔体中后，取出机械搅拌装置，制得半固态混合浆液；