[发明专利]一种原位合金化与反应颗粒增强金属基复合材料制备方法

摘要

本发明提出了一种制备原位合金化与原位反应颗粒共同强化金属基复合材料的方法，原位反应生成陶瓷颗粒增强相的同时生成合金化元素，实现方法可用熔铸原位反应法或粉末冶金原位反应烧结法；使工艺过程中的原材料准备工作简单化，并且能减少常规熔铸工艺中的合金化工序。本发明主要适用于设计与制备包括以铝合金，铜合金，锌合金，钛合金，铁合金和镍合金等为基体在内的各类颗粒增强金属基复合材料。

主权项

1、一种原位反应与原位合金化同时进行，制备颗粒增强金属基复合材料的方法，其特征在于：利用原位反应生成陶瓷颗粒增强相的同时还原生成基体金属合金化所需的元素，实现方法采用熔铸原位反应法或粉末冶金原位反应烧结法：a、采用熔铸原位反应法包括：选择反应体系，其反应式为：式中，X代表基体元素，为Al，Cu，Fe，Ni，Y代表基体合金元素，对于Al基体而言为Cu，Mg，Si，Mn，Ti，Ni，V，Zr，Fe，Zn，，对于Cu基体而言为Al，Mn，Ni，Fe，Sn，Zn，Z代表非金属元素，为O，C，B，N；反应的绝热温度为元素X的汽化点到高于汽化点0～500K；置换反应的结果是生成陶瓷增强相，同时被置换出来的元素Y可以成为基体的合金元素，Y在所述复合材料中的重量含量为0.1％～30％；各反应物均为粉末状，粒度范围为5～300μm；制备预制坯，将反应物X和YZ按化学反应式配比放入混料机中混合均匀，另添加反应稀释剂和反应促进剂，稀释剂需与反应料混合均匀，使反应绝热温度在化合物XZ的熔点到X的汽化点以上200K之间，反应促进剂、稀释剂为K，Ca，Na，Mg，Sr和稀土元素的粉末，反应促进剂可以两种方式混入：其一局部混合或接触；其二整体均匀混合；将准备好的粉末在室温下压制成型，压力范围是5～100MPa；基体纯金属的熔化与原位反应合成，将基体纯金属Al，Cu，，Ti，，Zn，，Fe，Ni放入加热炉中加热，加热温度为该元素熔点以上120～300K；再将占基体纯金属重量1％～50％的预制块用石墨钟罩压入合金熔体中，保温1～30分钟；熔体精炼和成形，对于铝合金用六氯乙烷精炼，成形工艺包括：模铸，压铸，半固态铸造，离心铸造或者喷射成形，急冷辊快凝；对于Al2O3颗粒增强Al-Fe复合材料体系，可以选用喷射成形或急冷辊工艺；后续热加工包括热挤压，锻造，热轧工艺。b、采用粉末治金法制备复合材料，其基本步骤包括：选择好反应体系制备粉末压坯，将物料混合均匀，物料包括反应物，稀释剂和促进剂，它们的加入量应使反应绝热温度在1800K到低熔点生成物的汽化点之间；在室温下压成压坯，压坯密度控制在理论密度的50～90％范围内；烧结原位反应与致密化工艺：将压坯置于真空，惰性气体或金属熔体内，温度在800～1500K之间，1～10个大气压下使其发生反应，致密过程可与反应过程同时进行，也可以单独进行；对于Al+CuO反应，可选择铝熔体为介质，温度在1000～1273K之间，时间为30～360分钟。