本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料制造領(lǐng)域，涉及一種通過(guò)壓片預(yù)處理制備TiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)：

鋁基復(fù)合材料是應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展需求而涌現(xiàn)出的具有強(qiáng)大生命力的材料，它由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料通過(guò)各種工藝手段復(fù)合而成。許多研究實(shí)踐表明，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料擁有比普通鋁合金材料更優(yōu)秀的性能，克服了合金材料單一性能的局限性，能有效提高材料的綜合性能，同時(shí)不存在連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料預(yù)成型困難、后續(xù)加工成本高的問(wèn)題，因此備受關(guān)注。多數(shù)陶瓷顆粒容易獲得，成本低廉，高溫穩(wěn)定性好，能有效促進(jìn)鋁合金材料的力學(xué)性能、硬度、耐磨性、耐腐蝕性以及斷裂韌性等綜合性能。

由于陶瓷顆粒容易團(tuán)聚，分散性差，且與鋁合金潤(rùn)濕性差，與鋁合金有效復(fù)合的技術(shù)難題仍沒(méi)有得到有效解決，嚴(yán)重阻礙了新型鋁基復(fù)合材料的開發(fā)應(yīng)用。因此，如何解決陶瓷顆粒在鋁合金基體中潤(rùn)濕性、分散性差等問(wèn)題，研究探索有效制備鋁基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，成為當(dāng)今制備新型復(fù)合材料的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種在鋁合金中添加陶瓷增強(qiáng)顆粒，低成本鑄造性能優(yōu)異的鋁基復(fù)合材料的方法。

具體步驟為：

（1）將TiC顆粒和Al粉按體積比TiC:Al =1~4: 1進(jìn)行量取，混合后放在100℃真空干燥箱內(nèi)干燥1小時(shí)后取出，在氬氣保護(hù)下放在轉(zhuǎn)速為120~350 r/min的行星球磨機(jī)中球磨30~60分鐘，使其充分混合均勻后取出，得到均勻干燥的混合粉末，所述TiC顆粒,其粒徑為0.5~0.7um，所述Al粉的純度為99.6%、粒徑為75um。

（2）將步驟（1）球磨得到的均勻混合粉末放在磨具直徑為50mm的粉末在壓力為5~40MPa的壓片機(jī)中壓制成片狀，在室溫下保壓5~10分鐘，得混合粉塊。

（3）將純度為99.6%的純鋁，以濃度為2mol/L的稀硝酸清洗表面，以除去表層氧化膜和雜質(zhì)，最后用蒸餾水徹底沖洗干凈，并將其在不超過(guò)50℃條件下快速吹干作為原料備用。

（4）稱取48g含質(zhì)量百分比含量為75%Cu的鋁銅中間合金、2g純鎂及750g步驟（3）處理好的純鋁，放在氧化鋁坩堝內(nèi)用井式電阻爐進(jìn)行熔化，且通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，得800g熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金。

（5）將24~32 g步驟（2）所得混合粉塊放到100℃真空干燥箱內(nèi)干燥2小時(shí)，取出干燥好的混合粉塊在氬氣保護(hù)下加入到625℃的步驟(4)所得熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金中，保溫5~10分鐘，使其均勻的分散在基體合金中，待加入的混合粉塊熔化之后進(jìn)行機(jī)械攪拌，使其進(jìn)一步均勻化。

（6）將經(jīng)過(guò)速度為700r/min~1000r/min機(jī)械攪拌30分鐘之后的熔體升溫至700℃進(jìn)行超聲波處理15~20分鐘，超聲波,功率為2000W，超聲頻率為19.99HZ，超聲處理完后扒渣，靜置10~15分鐘，待溫度上升到750℃時(shí)澆入預(yù)熱為380℃的板材模具中，得到TiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

本發(fā)明的有益效果為:

（1）經(jīng)球磨機(jī)混粉后的增強(qiáng)顆粒能夠很好的均勻分布在鋁粉中,再把壓成片狀的混合粉加入到熔融鋁-銅合金，待鋁粉熔化后TiC粉末能夠均勻的分散到鋁-銅合金中。

（2）經(jīng)真空干燥后的TiC粉末再通過(guò)機(jī)械攪拌可以提高表面活性，改善與鋁基體的潤(rùn)濕性。

（3）通過(guò)超聲波處理可以除氣，減少缺陷，改善TiC和鋁基體的潤(rùn)濕性。

（4）該方法制備的顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料,發(fā)揮了增強(qiáng)顆粒與基體的性能,調(diào)控方便,工藝可靠,解決了復(fù)合材料內(nèi)部增強(qiáng)顆粒分布不均勻?qū)ζ湫阅艿闹旅绊憽?/p>

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述實(shí)施例1鋁-銅合金金相圖。

圖2是本發(fā)明所述實(shí)施例1摻雜TiC后的鋁基復(fù)合材料金相圖。

圖3是本發(fā)明所述實(shí)施例1摻雜TiC后的鋁基復(fù)合材料電子顯微鏡掃描圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

（1）將TiC顆粒和Al粉按體積比TiC:Al =3: 1進(jìn)行量取，混合后放在100℃真空干燥箱內(nèi)干燥1小時(shí)后取出，在氬氣保護(hù)下放在轉(zhuǎn)速為120 r/min的行星球磨機(jī)中球磨40分鐘，使其充分混合均勻后取出，得到均勻干燥的混合粉末，所述TiC顆粒,其粒徑為0.5~0.7um，所述Al粉的純度為99.6%、粒徑為75um。

（2）將步驟（1）球磨得到的均勻混合粉末放在磨具直徑為50mm的粉末在壓力為5MPa的壓片機(jī)中壓制成片狀，在室溫下保壓10分鐘，得混合粉塊。

（3）將純度為99.6%的純鋁，以濃度為2mol/L的稀硝酸清洗表面，以除去表層氧化膜和雜質(zhì)，最后用蒸餾水徹底沖洗干凈，并將其在不超過(guò)50℃條件下快速吹干作為原料備用。

（4）稱取48g含質(zhì)量百分比含量為75%Cu的鋁銅中間合金、2g純鎂及750g步驟（3）處理好的純鋁，放在氧化鋁坩堝內(nèi)用井式電阻爐進(jìn)行熔化，且通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，得800g熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金。

（5）將 24 g步驟（2）所得混合粉塊放到100℃真空干燥箱內(nèi)干燥2小時(shí)，取出干燥好的混合粉塊在氬氣保護(hù)下加入到625℃的步驟(4)所得熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金中，保溫5分鐘，使其均勻的分散在基體合金中，待加入的混合粉塊熔化之后進(jìn)行機(jī)械攪拌，使其進(jìn)一步均勻化。

（6）將經(jīng)過(guò)速度為700r/min機(jī)械攪拌30分鐘之后的熔體升溫至700℃進(jìn)行超聲波處理15分鐘，超聲波,功率為2000W，超聲頻率為19.99HZ，超聲處理完后扒渣，靜置10分鐘，待溫度上升到750℃時(shí)澆入預(yù)熱為380℃的板材模具中，得到TiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

（7）用線切割切取拉伸試樣，在室溫條件下用DDL200電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)以1mm/min的加載速度對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試分析。測(cè)得其力學(xué)性能分別為：抗拉強(qiáng)度200.13 N/mm²，屈服強(qiáng)度161.21 N/mm²，延伸率4.03%。

在光學(xué)顯微鏡下拍得鋁-銅合金金相照片（如圖1）和摻雜TiC增強(qiáng)顆粒的鋁基復(fù)合材料金相照片（如圖2），可以發(fā)現(xiàn)摻雜TiC增強(qiáng)顆粒的鋁基復(fù)合材料的晶粒明顯細(xì)化。從掃描電子顯微鏡（SEM）圖片可以明顯的觀察到增強(qiáng)顆粒均勻的分布在鋁基體中（如圖3）。

實(shí)施例2：

（1）將TiC顆粒和Al粉按體積比TiC:Al =4: 1進(jìn)行量取，混合后放在100℃真空干燥箱內(nèi)干燥1小時(shí)后取出，在氬氣保護(hù)下放在轉(zhuǎn)速為350 r/min的行星球磨機(jī)中球磨55分鐘，使其充分混合均勻后取出，得到均勻干燥的混合粉末，所述TiC顆粒,其粒徑為0.5~0.7um，所述Al粉的純度為99.6%、粒徑為75um。

（2）將步驟（1）球磨得到的均勻混合粉末放在磨具直徑為50mm的粉末在壓力為40MPa的壓片機(jī)中壓制成片狀，在室溫下保壓5分鐘，得混合粉塊。

（3）將純度為99.6%的純鋁，以濃度為2mol/L的稀硝酸清洗表面，以除去表層氧化膜和雜質(zhì)，最后用蒸餾水徹底沖洗干凈，并將其在不超過(guò)50℃條件下快速吹干作為原料備用。

（4）稱取48g含質(zhì)量百分比含量為75%Cu的鋁銅中間合金、2g純鎂及750g步驟（3）處理好的純鋁，放在氧化鋁坩堝內(nèi)用井式電阻爐進(jìn)行熔化，且通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，得800g熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金。

（5）將 32 g步驟（2）所得混合粉塊放到100℃真空干燥箱內(nèi)干燥2小時(shí)，取出干燥好的混合粉塊在氬氣保護(hù)下加入到625℃的步驟(4)所得熔融Al-4.5Cu-0.25Mg鋁-銅合金中，保溫10分鐘，使其均勻的分散在基體合金中，待加入的混合粉塊熔化之后進(jìn)行機(jī)械攪拌，使其進(jìn)一步均勻化。

（6）將經(jīng)過(guò)速度為1000r/min機(jī)械攪拌30分鐘之后的熔體升溫至700℃進(jìn)行超聲波處理20分鐘，超聲波,功率為2000W，超聲頻率為19.99HZ，超聲處理完后扒渣，靜置15分鐘，待溫度上升到750℃時(shí)澆入預(yù)熱為380℃的板材模具中，得到TiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

（7）用線切割切取拉伸試樣，用DDL200電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)在室溫條件下以1mm/min的加載速度對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試分析。測(cè)得其力學(xué)性能分別為：抗拉強(qiáng)度198.02 N/mm²，屈服強(qiáng)度157.32N/mm²，延伸率3.76%。