一种含二硼化钛和二硼化铌的铝基复合材料及其制备方法和柴油机活塞技术

本发明专利技术提供了一种含TiB2和NbB2的铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将三铝化钛和二硼化铝混合，球磨，干燥，得到混合粉末；将所述混合粉末加入至铝熔体中，反应，除杂，静置；再加入铌粉，搅拌条件下进行反应，再次除杂，再次静置后浇注，得到含TiB2和NbB2的铝基复合材料锭坯；将所述含TiB2和NbB2的铝基复合材料锭坯进行淬火和时效处理，得到含TiB2和NbB2的铝基复合材料。该方法原位自生成，分阶段生成TiB2和NbB2两种化合物，作为铝基复合材料的复合增强体，使其具有较高的耐磨性和耐高温性；还具有较好的热稳定性。还具有较好的热稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种含二硼化钛和二硼化铌的铝基复合材料及其制备方法和柴油机活塞


[0001]本专利技术属于复合材料
，尤其涉及一种含TiB2和NbB2的铝基复合材料及其制备方法和柴油机活塞。

技术介绍

[0002]20世纪初，铝合金材料的密度小、热传导性好、较低的热膨胀系数等特点被人们认识，开始用来制造各种轻便零部件，广泛应用于汽车业、航天航空等领域。但铝合金材料高温强度低，强度、硬度有着自生极限，不能同时满足未来向高强度、耐腐蚀及耐高温的发展需要。
[0003]随着汽车、航空等行业的发展，促进了原位自生技术的发展。但该技术依然存在增强相均匀性差、杂质多、纯净度差、制备成品缺陷较多、强化效果不佳等的问题，进而制约了其发展。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种含TiB2和NbB2的铝基复合材料及其制备方法和柴油机活塞，该方法原位自生成分阶段生成TiB2和NbB2两种化合物，能够增强复合材料的热稳定性、耐高温性和耐磨性。
[0005]本专利技术提供了一种含TiB2和NbB2的铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]将三铝化钛和二硼化铝混合，球磨，干燥，得到混合粉末；
[0007]将所述混合粉末加入至铝熔体中，反应，除杂，静置；再加入铌粉，搅拌条件下进行反应，再次除杂，再次静置后浇注，得到含TiB2和NbB2的铝基复合材料锭坯；
[0008]将所述含TiB2和NbB2的铝基复合材料锭坯进行淬火和时效处理，得到含TiB2和NbB2的铝基复合材料。
[0009]上述方法简单、可靠、成本低、无污染，具有良好的工业应用前景。
[0010]在本专利技术中，所述铝熔体选自纯铝锭或铝合金；
[0011]所述铝合金的化学成分组成见表1：
[0012]表1铝合金的化学成分组成(wt％)
[0013][0014]在本专利技术中，三铝化钛和二硼化铝的混合物在铝熔体中的反应式为：
[0015]AlB2+Al3Ti
→
TiB2+4Al。
[0016]在本专利技术中，所述三铝化钛和二硼化铝和铌按照以下反应式进行反应：
[0017]Nb+2AlB2+Al3Ti
→
NbB2+TiB2+5Al。
[0018]在本专利技术中，所述TiB2和NbB2颗粒在密度、热膨胀系数、弹性模量、熔点等性能相
近，反应互相补充，消除残余反应物，性能互补。
[0019]在本专利技术中，所述淬火和失效处理具体为：
[0020]将所述含TiB2和NbB2的铝基复合材料锭坯110～130min升温至475～485℃后保温55～65min，再55～65min内升温至490～510℃后保温170～190min，水淬；
[0021]水淬后110～130min升温至195～205℃后保温280～320min，再55～65min升温至240～250℃后保温7.5～8.5h，冷却。
[0022]在本专利技术中，所述静置的温度为800～850℃；
[0023]所述再次静置的温度为760～780℃。
[0024]在本专利技术中，所述含TiB2和NbB2的铝基复合材料中TiB2颗粒的尺寸为200～800nm，NbB2颗粒的尺寸为100～400nm。
[0025]在本专利技术中，所述含TiB2和NbB2的铝基复合材料中TiB2的含量为1～5wt％，NbB2的含量为1～5wt％。
[0026]本专利技术提供了一种含TiB2和NbB2的铝基复合材料，由上述技术方案所述制备方法制得。
[0027]本专利技术提供了一种柴油机活塞，制备原料包括上述技术方案所述的含TiB2和NbB2的铝基复合材料。
[0028]本专利技术提供了一种含TiB2和NbB2的铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将三铝化钛和二硼化铝混合，球磨，干燥，得到混合粉末；将所述混合粉末加入至铝熔体中，反应，除杂，静置；再加入铌粉，搅拌条件下进行反应，再次除杂，再次静置后浇注，得到含TiB2和NbB2的铝基复合材料锭坯；将所述含TiB2和NbB2的铝基复合材料锭坯进行淬火和时效处理，得到含TiB2和NbB2的铝基复合材料。该方法原位自生成，分阶段生成TiB2和NbB2两种化合物，作为铝基复合材料的复合增强体，使其具有较高的耐磨性和耐高温性；还具有较好的热稳定性。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例1制备的含2.5wt％TiB2和2.5wt％NbB2的铝基复合材料的SEM图；
[0030]图2为本专利技术实施例1制备的含2.5wt％TiB2和2.5wt％NbB2的铝基复合材料的TiB2和NbB2颗粒形貌图；
[0031]图3为本专利技术实施例1制备的含TiB2和NbB2的铝基复合材料的断口形貌图；
[0032]图4为不同材料的磨损表面的SEM形貌图；
[0033]图5为含2.5wt％TiB2和2.5wt％NbB2的复合材料不同放大倍数的SEM图；
[0034]图6为实施例1制备的最终铝基复合材料的SEM图和金相组织图；
[0035]图7为本专利技术实施例2制备的含1wt％TiB2和1wt％NbB2的铝基复合材料的SEM图(100
×
)；
[0036]图8为本专利技术实施例2制备的含1wt％TiB2和1wt％NbB2的铝基复合材料的SEM图(500
×
)；
[0037]图9本专利技术实施例2制备的含1wt％TiB2和1wt％NbB2的铝基复合材料的SEM图(1000
×
)；
[0038]图10为本专利技术实施例2制备的含1wt％TiB2和1wt％NbB2的铝基复合材料的SEM图(2000
×
)；
[0039]图11为本专利技术实施例3制备的含4wt％TiB2和4wt％NbB2的铝基复合材料的SEM图(500
×
)；
[0040]图12为本专利技术实施例3制备的含4wt％TiB2和4wt％NbB2的铝基复合材料的SEM图(1000
×
)；
[0041]图13为本专利技术实施例3制备的含4wt％TiB2和4wt％NbB2的铝基复合材料的SEM图(2000
×
)；
[0042]图14为本专利技术实施例3制备的含4wt％TiB2和4wt％NbB2的铝基复合材料的SEM图(5000
×
)。
具体实施方式
[0043]为了进一步说明本专利技术，下面结合实施例对本专利技术提供的一种含TiB2和NbB2的铝基复合材料及其制备方法和柴油机活塞进行详细地描述，但不能将它们理解为对本专利技术保护范围的限定。
[0044]实施例1
[0045]原材料：铌粉(Nb)，分子量92.91，密度8.57g/cm3，熔点2468℃。二硼化铝(AlB2)，分子量48.60，密度3.19g/cm3，熔点1655℃。三铝化钛(Al3Ti)，分子量12本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含TiB2和NbB2的铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将三铝化钛和二硼化铝混合，球磨，干燥，得到混合粉末；将所述混合粉末加入至铝熔体中，反应，除杂，静置；再加入铌粉，搅拌条件下进行反应，再次除杂，再次静置后浇注，得到含TiB2和NbB2的铝基复合材料锭坯；将所述含TiB2和NbB2的铝基复合材料锭坯进行淬火和时效处理，得到含TiB2和NbB2的铝基复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三铝化钛和二硼化铝和铌按照以下反应式进行反应：Nb+2AlB2+Al3Ti
→
NbB2+TiB2+5Al。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述淬火和失效处理具体为：将所述含TiB2和NbB2的铝基复合材料锭坯110～130min升温至475～485℃后保温55～65min，再55～65min内升温至490～510℃后保温170...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖从来，易绿林，杨志勇，王熹，朱亿鹏，夏治涛，黄德威，
申请(专利权)人：湖南江滨机器集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：