反应合成Ti*Si*颗粒梯度增强铸造铝基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及颗粒增强金属基复合材料的制备方法，特别是涉及金属间化合物颗粒梯度增强铝基复合材料的制备方法。具体工艺包括反应物压坯的制备和铸型内的燃烧合成反应两个阶段：１）采用Ｃｕ、Ｔｉ和Ｓｉ粉作为反应物，按照一定比例混合均匀，压制成坯；２）将经过预处理后的反应物压坯放置于铸型内铸件需要强化的特定位置或区域，浇铸高温铝液诱发压坯的燃烧合成反应，原位形成Ｔｉ↓［５］Ｓｉ↓［３］金属间化合物增强颗粒。由于金属间化合物颗粒反应形成，其表面洁净，与基体结合良好；此外，压坯中添加的Ｃｕ既可以作为合金元素固溶于基体进行合金强化，也可以和基体Ａｌ反应形成Ａｌ↓［２］Ｃｕ起到强化作用。本发明专利技术工艺简单可靠，易于推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属基复合材料的制备方法，特别是涉及金属间化合物颗粒梯度增强的铝基 复合材料的制备方法。技术背景近年来，颗粒增强金属基复合材料的研究多集中在整体强化之上。但是在很多工况下， 并不要求材料整体都要进行颗粒增强。此外，整体强化时增强颗粒体积分数易受限制，因为 金属液的流动性随着增强颗粒体积分数的提高而下降，当颗粒体积分数超过10%时，难以浇 注成型形状复杂的铸件；而且，整体强化成本较高，因为不需要颗粒增强的部分也进行了颗 粒增强，浪费了增强体。因此，梯度增强金属基复合材料的开发受到越来越多的重视。梯度增强金属基复合材料的研究主要集中在钢基体之上，增强颗粒多为陶瓷颗粒，原因 是由于钢液熔炼温度高，较易引发反应物压坯的化学反应，从而形成所需的增强体。如专利 02109101.3中采用Al、 Ti和C粉制成预制块，在铸型内反应形成原位陶瓷颗粒TiC，制备 局部增强钢基复合材料。由于铝液的熔炼温度相对较低，因此，反应物体系的选择受到较多 限制，目前的研究工作相对较少。发表在"Materials Science and Engineering A, 2008; 473: 166-171"上的文章将卯(TC纯铝液浇注到铸型内引发Al、 Ti和C粉体系压坯的反应，制备 了局部陶瓷颗粒TiC增强的铝基复合材料，为梯度增强铝基复合材料的制备奠定了一定的基 础。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种工艺简单、可靠，且易于推广应用的金属间化合物颗粒梯度增 强铝基复合材料的制备方法。本专利技术的技术方案是采用Cu、 Ti和Si粉，通过铸型内浇铸高温铝液引燃反应物压坯的燃烧合成反应，形成原位Ti5Si3金属间化合物颗粒，制备Ti5Si3金属间化合物颗粒梯度增强铝基复合材料。具体工艺过程包括反应物压坯的制备和铸型内的燃烧合成反应原位形成金属间化合物增强颗粒两个阶段 1.反应物压坯的制备a. 压坯组成压坯由粉料粒度小于50微米的Cu、 Ti和Si粉组成，其中Cu粉的含量 为摩尔百分比10%《Cu《40%， Ti和Si粉的比例按摩尔比为Ti:Si=5:3;b. 混料将上述配制好的Cu、 Ti和Si粉装入球磨混料机中，混料6士1小时，使之混合均匀；C.压制成型把混合均匀的粉体放入模具中，在室温下压制成坯，压坯密度为压坯理 论密度的66±3 %;2.原位金属间化合物增强颗粒的形成a. 预处理将反应物压坯放入真空或有氩气保护的烘干炉内，加热至350士100 °C，烘干除气4士1小时；b. 原位金属间化合物增强颗粒的形成将预处理后的压坯置于铸型内铸件需要增强的特定区域或位置，随后将820±30 'C高温铸造铝合金溶液浇注到铸型内，引燃压坯内的燃烧合成反应，形成Ti5Si3金属间化合物增强颗粒，从而制备出原位Ti5Si3金属间化合物颗粒梯度增强铸造铝基复合材料。本专利技术与目前已有的技术相比具有以下特点-本专利技术提供一种工艺简单、可靠，且易于推广应用的金属间化合物颗粒梯度增强铝基复合材料的制备方法，即采用Cu、 Ti和Si粉反应形成原位Ti5Si3金属间化合物颗粒，用以提 高铸件服役区域或位置的硬度和耐磨性，而基体材料本身则保持其原有的韧性。基体材料可 以选用纯铝，也可以选用铸造铝合金。1) 采用Cu、 Ti和Si粉作为反应物体系，引燃温度低，铝液的熔炼温度完全能够引发 该体系的燃烧合成反应；2) 金属间化合物TisSi3颗粒反应形成，表面洁净，与基体结合好，增强效果显著；3) 添加的Cu粉在反应后既可以作为合金元素固溶于基体进行合金强化，也可以和基体 Al反应形成Al2Cu起到强化作用。具体实施方式 实施例取粒度小于50微米的Cu、 Ti和Si粉作为反应物，其中Cu粉的含量为摩尔百分比分别 为10%、 20%、 30%、 40%， Ti和Si粉的比例按摩尔比为Ti:Si二5:3;将上述配制好的粉料 分别装入球磨混料机中混合均匀，然后压制成坯，其密度为压坯理论密度的66±3%;将压 坯放入真空炉内，加热至40(TC，除气4小时，然后置于铸型内铸件需要增强的特定区域， 并将约850'C的铸造铝合金Al-7.5Zn-1.6Cu-0.8Mg熔液浇注到铸型内，引燃压坯内的燃烧合成反应，原位形成Ti5Si3金属间化合物增强颗粒，从而制备出原位Ti5Si3金属间化合物颗粒梯度增强铸造铝基复合材料。权利要求1、一种反应合成Ti5Si3金属间化合物颗粒梯度增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于工艺过程包括反应物压坯的制备和铸型内的燃烧合成反应原位形成金属间化合物增强颗粒两个阶段(1)反应物压坯的制备a.压坯组成压坯由粉料粒度小于50微米的Cu、Ti和Si粉组成，其中Cu粉的含量为摩尔百分比10％≤Cu≤40％，Ti和Si粉的比例按摩尔比为Ti∶Si＝5∶3；b.混料将上述配制好的Cu、Ti和Si粉装入球磨混料机中，混料6±1小时，使之混合均匀；c.压制成型把混合均匀的粉体放入模具中，在室温下压制成坯，压坯密度为压坯理论密度的66±3％；(2)原位金属间化合物增强颗粒的形成a.预处理将反应物压坯放入真空或有氩气保护的烘干炉内，加热至350±100℃，烘干除气4±1小时，b.原位金属间化合物增强颗粒的形成将预处理后的压坯置于铸型内铸件需要增强的特定区域或位置，随后将820±30℃高温铸造铝合金溶液浇注到铸型内，引燃压坯内的燃烧合成反应，形成Ti5Si3金属间化合物增强颗粒，从而制备出原位Ti5Si3金属间化合物颗粒梯度增强铸造铝基复合材料。全文摘要本专利技术涉及颗粒增强金属基复合材料的制备方法，特别是涉及金属间化合物颗粒梯度增强铝基复合材料的制备方法。具体工艺包括反应物压坯的制备和铸型内的燃烧合成反应两个阶段1)采用Cu、Ti和Si粉作为反应物，按照一定比例混合均匀，压制成坯；2)将经过预处理后的反应物压坯放置于铸型内铸件需要强化的特定位置或区域，浇铸高温铝液诱发压坯的燃烧合成反应，原位形成Ti₅Si₃金属间化合物增强颗粒。由于金属间化合物颗粒反应形成，其表面洁净，与基体结合良好；此外，压坯中添加的Cu既可以作为合金元素固溶于基体进行合金强化，也可以和基体Al反应形成Al₂Cu起到强化作用。本专利技术工艺简单可靠，易于推广应用。文档编号B22D19/02GK101219470SQ200810050260公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月16日 优先权日2008年1月16日专利技术者关庆玲, 畅 刘, 姜启川, 孙拴利, 张伟娜, 李世龙, 梁云虹, 王慧远, 王鹏建 申请人:吉林大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反应合成Ｔｉ↓［５］Ｓｉ↓［３］金属间化合物颗粒梯度增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于工艺过程包括反应物压坯的制备和铸型内的燃烧合成反应原位形成金属间化合物增强颗粒两个阶段：（１．）反应物压坯的制备：ａ．压坯组成：压坯由粉料粒度小于５０微米的Ｃｕ、Ｔｉ和Ｓｉ粉组成，其中Ｃｕ粉的含量为摩尔百分比１０％≤Ｃｕ≤４０％，Ｔｉ和Ｓｉ粉的比例按摩尔比为Ｔｉ∶Ｓｉ＝５∶３；ｂ．混料：将上述配制好的Ｃｕ、Ｔｉ和Ｓｉ粉装入球磨混料机中，混料６±１小时，使之混合均匀；ｃ．压制成型：把混合均匀的粉体放入模具中，在室温下压制成坯，压坯密度为压坯理论密度的６６±３％；（２．）原位金属间化合物增强颗粒的形成：ａ．预处理：将反应物压坯放入真空或有氩气保护的烘干炉内，加热至３５０±１００℃，烘干除气４±１小时，ｂ．原位金属间化合物增强颗粒的形成：将预处理后的压坯置于铸型内铸件需要增强的特定区域或位置，随后将８２０±３０℃高温铸造铝合金溶液浇注到铸型内，引燃压坯内的燃烧合成反应，形成Ｔｉ↓［５］Ｓｉ↓［３］金属间化合物增强颗粒，从而制备出原位Ｔｉ↓［５］Ｓｉ↓［３］金属间化合物颗粒梯度增强铸造铝基复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜启川，王慧远，关庆玲，李世龙，孙拴利，王鹏建，张伟娜，梁云虹，刘畅，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]