專利名稱：原位顆粒增強鋁基復合材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種復合材料技術領域的鋁基材料，具體地說，是一種原位顆粒增強鋁基復合材料。
背景技術：
鋁基復合材料具有高比強度、高比模量和高比剛度，在航空航天、國防、工業(yè)等領域有著廣泛的應用。通常在鋁基體中外加顆粒制備鋁基復合材料存在著增強顆粒與基體浸潤性差，界面反應難以控制，增強顆粒分布不均勻等缺陷，影響了鋁基復合材料的性能。同時采用外加顆粒的制備工藝復雜，成本較高，不利于推廣應用。
經(jīng)對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號為1510153，
公開日為2004.07.07，發(fā)明名稱為高強高塑顆粒增強鋁基復合材料及其制造方法，該復合材料是采用外加增強顆粒到鋁合金粉末中混合均勻，然后進行熱壓和熱加工制備而成。該方法制備的復合材料中存在著增強顆粒與基體浸潤性差、增強顆粒與界面反應不易控制的問題，而且材料中的增強顆粒體積分數(shù)不高，基體采用的是硬鋁和鍛鋁，強度沒有超硬鋁高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種原位顆粒增強鋁基復合材料，使其增強顆粒含量高，基體和增強顆粒的界面干凈，結合良好，顆粒分布均勻，復合材料具有更高的強度。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明的組分及其質量百分比為Zn 5～10％，Mg 1～3％，Cu 2～4％、Cr 0.1～0.5％，TiB2增強顆粒0.1～40％，余量為Al。
所述的TiB2增強顆粒的尺寸在20～300nm，顆粒形狀為六方形或長方體。
所述的TiB2增強顆粒彌散分布在基體中，TiB2增強顆粒與基體界面干凈。
在基體中，Zn和Mg在合金中形成主要的強化相MgZn2，MgZn2相在合金中的溶解度隨溫度降低而急劇下降，彌散析出，具有很強的時效硬化能力。加入一定數(shù)量的Cu，可提高合金的力學性能和改善抗蝕性。加入Cr可以增加合金在新淬火狀態(tài)下的強度和人工時效效果，同時還能改善它的抗應力腐蝕性能。
TiB2增強顆粒彌散分布在基體中，由于基體的熱膨脹系數(shù)要比增強相的熱膨脹系數(shù)大許多，因而在制備和熱處理過程中均可在基體材料中形成高密度位錯，晶內和晶界的位錯都會對滑移產(chǎn)生阻礙，產(chǎn)生強化作用。在擠壓過程中，鋁合金的晶粒被擠碎，晶粒越細，對位錯的阻力也越大，材料的強度就越高。同時擠壓使TiB2顆粒的分布更加均勻。
本材料制備工藝如下在坩堝中加入工業(yè)純鋁，使鋁錠熔化，將KFB4、K2TiF6均勻混合，然后將混合鹽加入熔體中，進行機械攪拌，使混合鹽與熔體發(fā)生發(fā)應，反應結束后，取出發(fā)應副產(chǎn)物，加入工業(yè)純Mg、工業(yè)純Zn、Al-Cu、Al-Cr、中間合金，除氣精煉，澆注成鑄坯，然后將鑄坯擠壓成棒料，然后進行固溶時效處理。
目前航空航天領域要制備靈活輕便、性能優(yōu)異的飛機、衛(wèi)星等，超高強鋁基復合材料可以很好的滿足需要，因此這種復合材料是航空航天領域迫切需要的一種新型材料。本發(fā)明具有良好的力學性能，成本低，制備工藝簡單，具有很好的推廣價值。
本發(fā)明的原位顆粒增強鋁基復合材料的抗拉強度為700～1000MPa，模量為70～120GPa，鈦合金的抗拉強度的范圍在270～1400MPa彈性模量的范圍在110～125GPa，但是鈦合金的密度約是鋁合金1.6倍，因此本發(fā)明的復合材料在比強度和比模量上要優(yōu)于鈦合金。同時鈦的價格昂貴，而本發(fā)明的復合材料價格低廉。因此在航空航天的一些要求高比強度和高比模量的場合可以替代鈦合金。
具體實施例方式
實施例1本發(fā)明的組分及其質量百分比為Zn 5％、Mg 1％、Cu 2％、Cr 0.1％、TiB20.1％，余量為Al。
復合材料中TiB2顆粒的尺寸在50～250nm，顆粒形狀主要為六方形和長方體，顆粒彌散分布在基體中，TiB2與基體界面干凈，無界面反應，結合良好。材料的力學性能σb＝713MPa，σ0.2＝650MPa，δ＝4％，E＝81GPa。
實施例2本發(fā)明的組分及其質量百分比為Zn 7％、Mg 1.5％、Cu 3％、Cr 0.2％、TiB210％，余量為Al。
復合材料中TiB2顆粒的尺寸在50～250nm，顆粒形狀主要為六方形和長方體，顆粒彌散分布在基體中，TiB2與基體界面干凈，無界面反應，結合良好。材料的力學性能σb＝760MPa，σ0.2＝670MPa，δ＝5％，E＝90GPa。
實施例3本發(fā)明的組分及其質量百分比為Zn 10％、Mg 3％、Cu 4％、Cr 0.5％、TiB240％，余量為Al。
復合材料中TiB2顆粒的尺寸在50～250nm，顆粒形狀主要為六方形和長方體，顆粒彌散分布在基體中，TiB2與基體界面干凈，無界面反應，結合良好。材料的力學性能σb＝931MPa，σ0.2＝840MPa，δ＝4.7％，E＝113GPa。
權利要求
1.一種原位顆粒增強鋁基復合材料，其特征在于，組分及其質量百分比為Zn 5～10％、Mg 1～3％、Cu 2～4％、Cr 0.1～0.5％、TiB2增強顆粒0.1～40％，余量為Al。
2.根據(jù)權利要求1所述的原位顆粒增強鋁基復合材料，其特征是，所述的TiB2增強顆粒的尺寸在20～300nm。
3.根據(jù)權利要求1或者2所述的原位顆粒增強鋁基復合材料，其特征是，所述的TiB2增強顆粒形狀為六方形或長方體。
4.根據(jù)權利要求2所述的原位顆粒增強鋁基復合材料，其特征是，所述的TiB2增強顆粒彌散分布在基體中，TiB2增強顆粒與基體界面干凈。
全文摘要
一種原位顆粒增強鋁基復合材料，屬于材料技術領域。本發(fā)明組分及其質量百分比為Zn 5～10％，Mg 1～3％，Cu 2～4％、Cr 0.1～0.5％，TiB
文檔編號C22F1/04GK1718805SQ200510028208
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權日2005年7月28日
發(fā)明者王浩偉, 陳東, 馬乃恒, 李險峰, 易宏展 申請人:上海交通大學