專(zhuān)利名稱(chēng)：一種耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬基復(fù)合材料的制備方法，尤其涉及制備耐高溫高強(qiáng)度高模量
鋁基復(fù)合材料的方法。
背景技術(shù)：
鋁基復(fù)合材料具有重量輕，比強(qiáng)度、比剛度和剪切強(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù)低，熱穩(wěn)定 性、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、耐腐蝕性能良好等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為航空、航天、汽車(chē)、電子工業(yè)等領(lǐng)域中的理 想材料，應(yīng)用前景廣闊。 經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，專(zhuān)利申請(qǐng)200710190526. 0公開(kāi)了一種鋁銅合金材料及其鑄造、 熱處理工藝，采用純鋁、鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁鈦合金為原材料，經(jīng)鑄造、熱處理制成，鋁 銅合金材料具有較高的強(qiáng)度，優(yōu)異的塑性，但難以滿(mǎn)足航空、航天、高新技術(shù)等行業(yè)耐高溫、 高強(qiáng)度、高模量要求。 專(zhuān)利申請(qǐng)200710072590. 9報(bào)道了采用TiB2顆粒的高強(qiáng)塑性鋁基復(fù)合材料及其制 備方法，采用二硼化鈦增強(qiáng)體顆粒、鋁顆粒為原料，采用機(jī)械混合得到增強(qiáng)體粉末，將增強(qiáng) 體粉末置于模具內(nèi)壓制成塊，模具加熱，使鋁合金熔化并澆鑄到模具內(nèi)，對(duì)澆鑄有鋁熔液的 模具在壓力機(jī)上施壓，保持壓力時(shí)間并冷卻，脫模取出鑄錠，即制備出增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。 其制備方法是以二硼化鈦增強(qiáng)體顆粒、鋁顆粒為原料，燒結(jié)、擠壓成型，工藝復(fù)雜，成本高， 難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù) 合材料的制備方法。 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn) —種耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的制備方法，具體包括以下步驟——
1)在石墨坩堝中加入工業(yè)純鋁錠，加熱熔化，在670 72(TC加入Mg錠，打渣、精 煉、除氣，用覆蓋劑覆蓋； 2)調(diào)整溫度為700 95(TC，用石墨攪拌器攪拌鋁熔體，加入高溫烘干的K2TiF6、 KBF4、 KA1F6和MgF2混合鹽反應(yīng)； 3)清理反應(yīng)殘鹽，在700 75(TC加入Al-Cu中間合金、Al-Mn中間合金，攪拌均 勻，在680 72(TC加入A1-Zr中間合金、Mg錠，攪拌均勻，調(diào)整溫度為730 78(TC，打渣、 精煉、除氣、靜置，加入Al-Ti-B絲，攪拌均勻，在730 78(TC澆注成鑄錠；在制造過(guò)程中控 制成分含量Cu為3. 8 4. 9wt%，Mg為1. 2 1. 8wt%，Mn為0. 3 0. 9wt%，Zr為0. 1 0. 25wt%， Zn《0. 25wt%， Cr《0. lwt%， TiB2為0. 1 20% wt^，余量為Al ;
4)將鑄錠進(jìn)行均勻化處理，均勻化處理溫度為470 500°C ，時(shí)間為15 28h ;車(chē) 皮銑面，將鑄錠擠壓成所需型材或軋制成所需板材； 5)對(duì)擠壓型材或軋制板材進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，固溶處理的溫度為480 500°C ，時(shí)間為1 4h ;時(shí)效處理的溫度為170 210°C，時(shí)間為6 18h。 進(jìn)一步地，上述的一種耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的制備方法，步驟1)中 鋁錠熔化溫度在600 700°C ，除氣溫度在720 750°C 。 更進(jìn)一步地，上述的一種耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的制備方法，步驟2) 中KJiFe與KBF4物質(zhì)的量之比為1 : 2，KAlFe和MgF2占混合鹽總質(zhì)量的5 40% ，且KA1F6 與Mg&的質(zhì)量比為(1 : 1) (4 : 1)。另夕卜，所述高溫烘干的K2TiF6、KBF4、KAlF6和MgF2 混合鹽，其烘干溫度為100 350°C，時(shí)間12 30h。 更進(jìn)一步地，上述的一種耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的制備方法，步驟4) 擠壓鑄錠時(shí)其加熱溫度在350 46(TC，擠壓比為20 70，擠壓速度為1 10m/min。
再進(jìn)一步地，上述的一種耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的制備方法，步驟4) 軋制鑄錠時(shí)開(kāi)軋溫度在420 46(TC，終軋溫度在250 30(TC，變形率70 95%。
本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在
本發(fā)明采用混合鹽原位反應(yīng)法制備鋁基復(fù)合材料，反應(yīng)生成的增強(qiáng)顆粒，界面潔 凈，與鋁基體結(jié)合良好，顆粒分布均勻，制備出的鋁基復(fù)合材料具有耐高溫特性和高強(qiáng)度高 模量力學(xué)性能。生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，原料價(jià)格低廉，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng) 顯著。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明
圖1 :鋁基復(fù)合材料TiB2顆粒SEM形貌；
圖2 :鋁基復(fù)合材料XRD譜。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明采用混合鹽原位反應(yīng)法生產(chǎn)增強(qiáng)顆粒，制備耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù) 合材料。其工藝首先，在石墨坩堝中加入工業(yè)純鋁錠，加熱至600 70(TC鋁錠熔化，在 670 72(TC加入Mg錠，打渣、精煉、除氣，用覆蓋劑覆蓋，除氣溫度在720 750°C，打渣 劑為ZS-AZ6無(wú)鈉型，精煉劑為ZS-AJ6無(wú)鈉型，覆蓋劑為ZS-AF6無(wú)鈉型。然后，調(diào)整溫度 為700 95(TC，用石墨攪拌器攪拌鋁熔體，加入高溫烘干的混合鹽反應(yīng)，混合鹽由K2TiF6、 KBF4、KA1F6和MgF2混合而成，K2TiF6與KBF4物質(zhì)的量之比為1 : 2， KA1F6和MgF2分別占混 合鹽總質(zhì)量的5 40X，且KAlF6與MgF2的質(zhì)量比為(1 : 1) (4 : 1)。繼而清理反應(yīng) 殘鹽，在700 750。C加入Al-Cu中間合金、Al-Mn中間合金，攪拌均勻，在680 720。C力口 入Al-Zr中間合金、Mg錠，攪拌均勻，調(diào)整溫度為730 780°C ，打渣、精煉、除氣、靜置，加入 Al-Ti-B絲，攪拌均勻，在730 78(TC澆注成鑄錠；在制造過(guò)程中控制成分含量Cu為3. 8 4. 9wt^，Mg為1. 2 1. 8wt^，Mn為0. 3 0. 9wt^，Zr為0. 1 0. 25wt%，Zn《0. 25wt%， Cr《0. lwt%， TiB2為0. 1 20% wt^，余量為Al。再將鑄錠進(jìn)行均勻化處理，均勻化處 理溫度為470 500°C，時(shí)間為15 28h ;車(chē)皮銑面，將鑄錠擠壓成所需型材或軋制成所需 板材；擠壓鑄錠時(shí)其加熱溫度在350 460°C ，擠壓比為20 70，擠壓速度為1 10m/min ; 軋制鑄錠時(shí)開(kāi)軋溫度在420 46(TC，終軋溫度在250 30(TC，變形率70 95%。最后 對(duì)擠壓型材或軋制板材進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，固溶處理的溫度為480 5Q(TC，時(shí)間為1
44h ;時(shí)效處理的溫度為170 210°C，時(shí)間為6 18h。 以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例1 : 采用混合鹽反應(yīng)法制備耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料，其成分質(zhì)量百分比為 Cu 4. 3，Mg 1.5，Mn 0. 6， Zr 0. 15， 118210%，余量為Al。 其制備過(guò)程采用高純石墨坩堝，鋁錠熔化后，在70(TC加入Mg錠，在74(TC打渣、 精煉、除氣，升溫至800°C ，采用高純石墨攪拌器攪拌鋁熔體，加入烘干K2TiF6、KBF4、KAlF6和 MgF2混合鹽反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為30min，清除反應(yīng)殘鹽，在75(TC加入Al-Cu中間合金、A1-Mn中 間合金，在70(TC加入A1-Zr中間合金、鋁箔包裹的Mg錠，攪拌均勻，升溫至75(TC打渣、精 煉、除氣，靜置15min，加入Al-Ti-B絲，攪拌均勻，澆注成鑄錠。鑄錠進(jìn)行均勻化處理，溫度 為490。C，時(shí)間為20h，車(chē)皮加工成小120X300mm擠壓鑄錠。在450。C加熱鑄錠，保溫4h，擠 壓比為36，擠壓速度為4m/min，擠壓成小10棒材。棒材固溶溫度為493°C ，時(shí)間為3h，時(shí)效 溫度為19(TC，時(shí)效時(shí)間為12h。 進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，棒材力學(xué)性能為Rm > 510MPa， Rp。.2 > 450MPa， A > 5. 5， E > 82Gpa。 圖1所示的鋁基復(fù)合材料TiB2顆粒SEM形貌，TiB2顆粒分布均勻，大小均一，形狀 規(guī)則，界面潔凈。圖2鋁基復(fù)合材料XRD衍射譜，從圖可以看出，鋁基復(fù)合材料含有TiB2顆
粒增強(qiáng)相。
實(shí)施例2 : 采用混合鹽反應(yīng)法制備耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料，其成分質(zhì)量百分比為 Cu 4. 9，Mg 1.2，Mn 0. 3， Zr 0. 25， 118215%，余量為Al。 其制備過(guò)程采用高純石墨坩堝，鋁錠熔化后，在72(TC加入Mg錠，在75(TC打渣、 精煉、除氣，升溫至950°C ，采用高純石墨攪拌器攪拌鋁熔體，加入烘干K2TiF6、KBF4、KAlF6和 MgF2混合鹽反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為30min，清除反應(yīng)殘鹽，在75(TC加入Al-Cu中間合金、Al-Mn 中間合金，在720°C加入Al-Zr中間合金、鋁箔包裹的Mg錠，攪拌均勻，升溫至78(TC打渣、 精煉、除氣，靜置15min，加入Al-Ti-B絲，攪拌均勻，澆注成鑄錠。鑄錠進(jìn)行均勻化處理， 溫度為500。C，時(shí)間為15h，車(chē)皮加工成(M20X300mm擠壓鑄錠。在460。C加熱鑄錠，保溫 4h，擠壓比為36，擠壓速度為2m/min，擠壓成小10棒材。棒材固溶溫度為500°C，時(shí)間為 lh，時(shí)效溫度為210°C，時(shí)效時(shí)間為6h。進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，棒材力學(xué)性能為Rm > 522MPa， Rp0.2 > 458MPa， A > 4， E > 85Gpa。
實(shí)施例3 : 采用混合鹽反應(yīng)法制備耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料，其成分質(zhì)量百分比為 Cu 3. 8， Mg 1. 8， Mn 0. 9， Zr 0. 1， TiB20. 1%，余量為Al。 其制備過(guò)程采用高純石墨坩堝，鋁錠熔化后，在67(TC加入Mg錠，在72(TC打渣、 精煉、除氣，升溫至700°C ，采用高純石墨攪拌器攪拌鋁熔體，加入烘干K2TiF6、KBF4、KAlF6和 MgF2混合鹽反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為30min，清除反應(yīng)殘鹽，在70(TC加入Al-Cu中間合金、A1-Mn中 間合金，在70(TC加入A1-Zr中間合金、鋁箔包裹的Mg錠，攪拌均勻，升溫至73(TC打渣、精 煉、除氣，靜置15min，加入Al-Ti-B絲，攪拌均勻，澆注成鑄錠。鑄錠進(jìn)行均勻化處理，溫度 為47(TC，時(shí)間為28h，車(chē)皮加工成小120X300mm擠壓鑄錠。在35(TC加熱鑄錠，保溫4h，擠壓比為36，擠壓速度為5m/min，擠壓成小10棒材。棒材固溶溫度為480°C ，時(shí)間為4h，時(shí)效溫度為17(TC，時(shí)效時(shí)間為18h。 進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，棒材力學(xué)性能為Rm > 485MPa， Rp。.2 > 435MPa， A > 8，
E > 73Gpa。 實(shí)施例4 : 采用混合鹽反應(yīng)法制備耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料，其成分質(zhì)量百分比為Cu 4. O，Mg 1.6，Mn 0. 5， Zr 0. 1， 11825%，余量為Al。 其制備過(guò)程采用高純石墨坩堝，鋁錠熔化后，在69(TC加入Mg錠，在73(TC打渣、精煉、除氣，升溫至750°C ，采用高純石墨攪拌器攪拌鋁熔體，加入烘干K2TiF6、KBF4、KAlF6和MgF2混合鹽反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為30min，清除反應(yīng)殘鹽，在75(TC加入Al-Cu中間合金、A1-Mn中間合金，在71(TC加入A1-Zr中間合金、鋁箔包裹的Mg錠，攪拌均勻，升溫至74(TC打渣、精煉、除氣，靜置15min，加入Al-Ti-B絲，攪拌均勻，澆注成鑄錠。鑄錠進(jìn)行均勻化處理，溫度為48(TC，時(shí)間為18h，車(chē)皮加工成55X 120X300mm軋制鑄錠。開(kāi)軋溫度在460°C ，終軋溫度在300°C ，變形率90% ，軋制成5mm板材。板材進(jìn)行固溶，固溶溫度為490°C ，時(shí)間為2h，時(shí)效溫度為20(TC，時(shí)效時(shí)間為10h。 進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，板材力學(xué)性能為R邁> 500MPa， Rp。.2 > 4極Pa， A > 7，E > 77Gpa。 綜上所述，本發(fā)明采用混合鹽原位反應(yīng)法制備鋁基復(fù)合材料，反應(yīng)生成的增強(qiáng)顆粒，界面潔凈，與鋁基體結(jié)合良好，顆粒分布均勻，鋁基復(fù)合材料具有耐高溫特性和高強(qiáng)度高模量力學(xué)性能。生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，原料價(jià)格低廉，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，應(yīng)用前景廣闊
以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于具體包括以下步驟——1)在石墨坩堝中加入工業(yè)純鋁錠，加熱熔化，在670～720℃加入Mg錠，打渣、精煉、除氣，用覆蓋劑覆蓋；2)調(diào)整溫度為700～950℃，用石墨攪拌器攪拌鋁熔體，加入高溫烘干的K2TiF6、KBF4、KAlF6和MgF2混合鹽反應(yīng)；3)清理反應(yīng)殘鹽，在700～750℃加入Al-Cu中間合金、Al-Mn中間合金，攪拌均勻，在680～720℃加入Al-Zr中間合金、Mg錠，攪拌均勻，調(diào)整溫度為730～780℃，打渣、精煉、除氣、靜置，加入Al-Ti-B絲，攪拌均勻，在730～780℃澆注成鑄錠；在制造過(guò)程中控制成分含量Cu為3.8～4.9wt％，Mg為1.2～1.8wt％，Mn為0.3～0.9wt％，Zr為0.1～0.25wt％，Zn≤0.25wt％，Cr≤0.1wt％，TiB2為0.1～20％wt％，余量為Al；4)將鑄錠進(jìn)行均勻化處理，均勻化處理溫度為470～500℃，時(shí)間為15～28h；車(chē)皮銑面，將鑄錠擠壓成所需型材或軋制成所需板材；5)對(duì)擠壓型材或軋制板材進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，固溶處理的溫度為480～500℃，時(shí)間為1～4h；時(shí)效處理的溫度為170～210℃，時(shí)間為6～18h。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征 在于步驟1)中鋁錠熔化溫度在600 700°C，除氣溫度在720 750°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征 在于步驟2)中K2TiF6與KBF4物質(zhì)的量之比為1 : 2， KA1F6及MgF2分別占混合鹽總質(zhì)量 的5 40%，iKAlF6與MgF2的質(zhì)量比為1 4 : 1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征 在于步驟4)擠壓鑄錠時(shí)其加熱溫度在350 46(TC，擠壓比為20 70，擠壓速度為1 10m/min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征 在于步驟4)軋制鑄錠時(shí)開(kāi)軋溫度在420 460°C ，終軋溫度在250 300°C ，變形率70 95%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種耐高溫高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的制備方法，先在坩堝中加入工業(yè)純鋁錠，加熱熔化，加入Mg錠，打渣、精煉、除氣，用覆蓋劑覆蓋；調(diào)整溫度，攪拌鋁熔體，加入高溫烘干的K2TiF6、KBF4、KAlF6和MgF2混合鹽反應(yīng)；清理反應(yīng)殘鹽，加入Al-Cu中間合金、Al-Mn中間合金，攪拌均勻，加入Al-Zr中間合金、Mg錠，攪拌均勻，調(diào)整溫度，打渣、精煉、除氣、靜置，加入Al-Ti-B絲，攪拌均勻，澆注成鑄錠；對(duì)鑄錠進(jìn)行均勻化處理，車(chē)皮銑面，將鑄錠擠壓成所需型材和軋制成所需板材；最后對(duì)擠壓型材或軋制板材進(jìn)行固溶和時(shí)效處理。制備得到的鋁基復(fù)合材料具有耐高溫特性和高強(qiáng)度高模量力學(xué)性能。
文檔編號(hào)C22F1/04GK101733622SQ200810235979
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者樂(lè)永康, 張建平, 毛建偉 申請(qǐng)人:蘇州有色金屬研究院有限公司